A hypervelocity star with a Magellanic origin
利用盖亚DR2的自行测量，我们探测了银河系周围26颗先前已知的超高速恒星（HVS）的起源。我们发现这些恒星中有很大一部分有很高的概率起源于银河系中心附近，但有一个明显的异常值。HVS3极有可能几乎来自大麦云（LMC）的中心。在它最近的接近过程中，$21.1^{+6.1}_{-4.6}$ Myr ago，它相对于LMC的相对速度为$870^{+69}_{-66}$ kms $^{-1}$。这种巨大的反冲速度只符合希尔斯机制，需要在大麦哲伦星系中心有一个巨大的黑洞。这提供了强有力的直接证据，证明LMC本身就拥有一个至少$4\times 10^3 -10^4 M_\odot$的大质量黑洞。
2018-04-26 astro-ph.GA
Off-centre supermassive black holes in bright central galaxies
利用Illustris-TNG300模拟与轨道积分，研究发现径向卫星星系并合是导致最亮团星系中黑洞偏心位移的主要机制，且该现象普遍存在并会抑制黑洞增长与反馈。
2023-04-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tidal disruption events onto stellar black holes in triples
当恒星过于靠近黑洞时，会产生潮汐扰动事件（TDEs），即恒星受到的潮汐力超过了束缚恒星的引力。TDEs通常与位于星系中心或潜伏在星团中的大质量黑洞有关。在本文中，我们调查的可能性，三星托管恒星黑洞（SBH）可能是源的TDE。我们从一个由三个主序星（MS）组成的三重系统开始，并模拟了超新星（SN）踢事件，该事件导致了由SBH组成的内部双星的产生。我们发展这些三重隔离与高精度的$N$体代码和研究他们的TDE的结果Kozai-Lidov振荡。我们探讨了各种分布的出生踢在SN事件，各种最大的初始分离的三重，和不同的分布的偏心率。我们发现，主要参数，支配的性质的SBH-MS的二进制产生TDE在三倍是出生踢分布的平均速度。较小的$σ$导致经历TDE的系统的较大的内部和外部半长轴、较小的SBH质量和较长的时间尺度。我们发现，产生TDE的系统的分数是大致独立的初始条件，而估计的TDE率为$7.3\times 10^{-5}-4.1 \ \mathrm{yr}^{-1}$，这取决于SBH出生踢所采用的处方。这个速率几乎可以与大质量黑洞的预期TDE速率相媲美。
2019-08-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Neutron stars and millisecond pulsars in star clusters: implications for the diffuse $γ$-radiation from the Galactic Centre
球状星团（GC）是中子星（NS）和毫秒双星（MSP）形成的理想环境。NS的起源和演化提供了星团中恒星动力学和演化的有用信息，是最有趣的天体之一，是几种高能现象，如引力波和伽马射线暴的前兆。由于它们在出生时受到的巨大的速度反冲，大多数NS逃离了局部场，影响了它们的母星系团的演化和动力学。本文研究了具有不同初始质量、金属丰度和原始双星分数的GC中NS的起源和动力学演化。我们发现，NS的径向轮廓形状的BH含量的集群，这部分淬火NS偏析，直到大多数的BH被逐出系统。独立于星团质量和初始配置，NS映射平均恒星星族，因为它们的平均径向距离是星团半质量半径的$\approx 60-80\%$。最后，通过假设回收率$f_\mathrm{rec}=0.1$和平均MSP γ射线发射的$L_γ=2\times 10^{33}$ erg s $^{-1}$，我们表明，典型的γ射线发射从我们的GC同意与意见，并支持MSP起源的γ射线过剩信号观测的费米-LAT望远镜在银河系中心。
2018-08-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
Subhalo sinking and off-center massive black holes in dwarf galaxies
使用完全GPU的$N$体模拟，我们首次证明，subhalos下沉，并通过动力学摩擦到矮星系的中心转移能量。这种动力学加热将任何中心大质量黑洞（MBH）踢出数十秒差距，特别是在早期（$z$ =1.5-3）。这一机制有助于解释矮星系中观测到的偏心黑洞，并预测偏心黑洞在质量更高的矮星系中更常见，因为动力学摩擦变得明显减弱，黑洞需要更多的时间才能向宿主星系的中心下沉。在矮星系的早期阶段，偏离中心的黑洞的一个后果是熄灭任何黑洞反馈。
2020-03-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Origin of High Dark Remnant Fractions in Milky Way Globular Clusters: The Crucial Role of Initial Black Hole Retention
本研究探讨银河系球状星团高暗遗迹分数的起源，通过直接N体模拟发现黑洞初始低 natal kick 是关键，其形成的黑洞子系统通过能量释放改变遗迹抛射率，可准确再现观测结果。
2025-08-16 astro-ph.GA
Clocks around Sgr A*
银河系中心附近的S星和任何可能在类似轨道上的恒星都可以统一地建模为绕黑洞运行的时钟，因此是相对论效应的潜在探测器，包括黑洞自旋。许多S星的高离心率意味着相对论效应在近心点附近达到强烈的峰值;例如，轨道进动不是一个平滑的效应，而是在近心点附近几乎是一个踢。我们认为，当分析红移或脉冲到达数据来测量相对论效应时，近心点周围的浓度将是一个优势，因为累积的岁差将被银河系中心区域其他质量的牛顿扰动所淹没。小波分解可能是从牛顿微扰中解开相对论效应的一种方法。假设一个合理的模型，牛顿扰动的S2，相对论似乎是最强的，在近心点周围的两年时间间隔，在小波模式的时间尺度约6个月。
2014-08-20 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Ring Formation from an Oscillating Black Hole
大规模的黑洞（BH）合并会导致合并后的残余物受到200 km/s $^{-1}$或更大的“反冲”，这将导致残余物围绕星系中心振荡。在这里，我们分析的情况下，BH振荡通过星系中心垂直或平行于星系的平面的模型星系组成的指数盘，普卢默模型隆起，和等温暗物质晕。对于垂直运动，我们发现在接近但略小于“共振半径”$r_R$的地方，BH振荡频率等于二分之一、四分之一、（1/6等），圆盘径向运动存在一个强的共振强迫。在圆盘平面内的径向周转频率。在共振半径附近，径向流和盘密度会有很大的增强，这会导致激波的形成。反过来，冲击波可能会触发$r_R$附近恒星环的形成。作为一个例子，对于BH质量为$10^8 M_\odot$和反冲速度为150 km/s $^{-1}$，我们发现共振半径在0.2和1 kpc之间。对于BH运动平行于平面的星系，我们发现，BH留下了一个超音速尾流，恒星形成可能会被触发。计算了尾流的形状以及BH的减速时间。圆盘的差速旋转将尾流拉伸成环状段。
2009-11-23 astro-ph.GA
A new independent look at the galactic black hole low-mass X-ray binary distribution
本研究利用X射线光谱建模框架获得的新距离测量值，重新审视了银河系BH-LMXBs的空间分布，通过多参数模拟推导出遵循平方反比定律的偏差校正因子，构建了校正后的空间分布，揭示了旋臂结构与中心源缺失，并发现黑洞形成的混合情景最符合观测数据。
2025-06-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
Recoiling Black Holes I. Burst of Observables
Leiden Observatory, University of Leiden（莱顿天文台，莱顿大学）
本研究通过数值模拟探究反冲黑洞引发的潮汐瓦解与引力波爆发，发现事件发生率依赖反冲速度、黑洞质量与核星团密度轮廓，这类可观测信号可用于探测并合后核星团并检验数值相对论。
2026-08-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
A stellar-mass black hole population in the globular cluster NGC 6101?
Dalessandro等人在银河系球状星团NGC 6101中观测到类似的蓝离散星和主序星的分布，并将这一特征解释为该星团没有质量分离的迹象。使用直接N体模拟，我们发现，一个显着的量的质量分离，预计与NGC 6101的质量，半径和年龄的集群。因此，不能用星系团还没有动态演化的论点来解释没有质量分离的现象。通过改变恒星质量黑洞的保留分数，我们发现，在具有高黑洞保留分数的星系团中（超新星爆发后>50%，动力学演化后>50%），分离是不可观察的。然而，所有的模型星团都有相同数量的质量分离，即恒星和残骸的平均质量随着距离中心的距离而下降。我们还讨论了如何运动学可以用来进一步限制恒星质量的黑洞人口的存在，并将其与中等质量黑洞的影响区分开来。我们的结果意味着黑洞的反冲速度低于中子星的反冲速度。NGC 6101在动力学演化过程中的大滞留分数可以解释为它是在银河系卫星中以大初始半径形成的。
2016-09-06 astro-ph.GA
The Great Escape: Discovery of a nearby 1700 km/s star ejected from the Milky Way by Sgr A*
我们介绍了南方星流光谱巡天（S5）偶然发现的最快的主序星超高速星（HVS）。恒星S5-HVS 1是一颗$\sim 2.35$ M $_\odot$ A型恒星，距离太阳为$\sim 9$ kpc，日心径向速度为$1017\pm 2.7$ km/s，没有任何速度变化的迹象。目前该恒星在银河系中的三维速度是$1755\pm50$ km/s。当我们把它的轨道倒推时，它的轨道毫不含糊地指向银河系中心，这意味着S5-HVS 1是以$\sim 1800$ km/s的速度被踢离Sgr A*，然后经过$4.8$ Myr到达它现在的位置。这是迄今为止唯一确信与银河系中心有关的HVS。S5-HVS 1也是第一颗对银河系的几何学和运动学提供限制的超高速恒星，例如太阳运动$V_{y,\odot}= 246.1\pm 5.3$ km/s或位置$R_0=8.12\pm 0.23$ kpc。S5-HVS 1的抛射轨迹和凌日时间与银河系中心年轻恒星的环形盘的轨道平面和年龄一致，因此可能与其形成有关。由于S5-HVS 1的喷射速度几乎是以前与银河系中心有关的其他超高速恒星速度的两倍，我们怀疑它们是否是由相同的机制产生的，或者喷射速度分布是否随时间而恒定。
2019-11-11 astro-ph.GA
The effect of stellar-mass black holes on the central kinematics of omega Cen: a cautionary tale for IMBH interpretations
寻找球状星团中心的中等质量黑洞（IMBH）通常是基于观测表面亮度轮廓中的中心尖点和速度色散轮廓中向中心的上升。然而，类似的特征可能来自其他效应，需要考虑这些效应，以确定这些恒星系统中是否存在IMBH。根据我们以前的探索径向各向异性的作用，在塑造这些观测签名，我们在这里分析的人口集中的恒星质量黑洞的存在所产生的影响。我们拟合动力学模型的欧米茄Cen的数据，我们表明，模型与黑洞的质量的5%（与出生后踢100%的保留分数一致）可以重现的数据。当同时考虑径向各向异性和质量偏析时，最佳拟合模型包括较小的残余物群体，并且相对于仅包括这些特征之一的模型，各向异性的极端程度较小。这些结果强调，在得出关于假定的IMBH的结论之前，需要适当地考虑恒星质量黑洞和径向各向异性的影响。
2018-06-06 astro-ph.GA
Wandering and escaping: recoiling massive black holes in cosmological simulations
该研究通过首次包含自旋依赖引力波反冲的高分辨率宇宙学模拟，发现反冲显著影响大质量黑洞增长、星系关联及并合率，并揭示了反冲黑洞的漫游与逃逸动力学。
2024-12-03 astro-ph.GA
From S2 to LISA: Astrometric Bounds on Extreme-Mass-Ratio Inspirals and Bursts
CERN（欧洲核子研究中心）；Dipartimento di Fisica, “Sapienza” Università di Roma & Sezione INFN Roma1（罗马第一大学物理系与INFN罗马第一分部）；Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
本文利用GRAVITY对S2轨道的天体测量限制，得到银心0.02秒差距内黑洞尖峰的EMRI、EMRB率上限，其结果可扩展至宇宙学族群，且EMRI背景可被LISA探测，凸显了天体测量与引力波观测的互补性。
2026-07-30 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The difficult path to coalescence: massive black hole dynamics in merging low mass dark matter haloes and galaxies
该研究通过高分辨率模拟揭示，在低质量暗物质晕并合中，低质量大质量黑洞难以沉入中心并并合，而高质量黑洞可下沉并引发核冲刷，挑战了并合辅助的种子增长机制。
2023-10-12 astro-ph.GA
The gravitational capture of compact objects by massive black holes
本文研究大质量黑洞引力俘获致密天体形成的 E/IMRI 和 XMRI 系统，指出它们作为引力波源可对极端强场时空进行直接测绘，并强调 LISA 等未来天基观测站在此领域不可替代的科学价值。
2020-11-05 astro-ph.GA gr-qc
LISA extreme-mass-ratio inspiral events as probes of the black hole mass function
拟议的天基引力波探测器-激光干涉仪空间天线-的引力波来源之一是致密物体进入星系中心的超大质量黑洞的吸气-极端质量比吸气。使用LISA观测，我们将能够以非常高的精度测量每个EMRI系统的参数。然而，LISA观测到的EMRI事件的统计数据在约束天体物理模型方面比对单个系统的极其精确的测量更重要。LISA最敏感的黑洞的质量范围很难用其他技术探测，所以LISA提供了一个几乎独一无二的窗口。在本文中，我们探讨，使用贝叶斯技术，约束LISA EMRI观测可以放置在低红移的黑洞的质量函数。我们描述了一个一般的框架，接近这种类型的推理-使用多个观察相结合，以约束一个参数化的源人口。假设EMRI率与黑洞质量的标度是已知的，取一个由简单幂律dn/d（ln M）= A（M/M *）^b给出的黑洞分布，我们发现LISA可以测量参数到D（ln A）~ 0.08的精度，对于预测~1000个事件的参考模型，D（b）~ 0.03。即使只有10个事件，LISA也应该将斜率限制在约0.3的精度，这是黑洞质量函数的低质量斜率的当前观测不确定性水平。我们还考虑了一个模型，其中A和B的红移演变，但发现，EMRI的观测本身没有太大的权力来探测这样的演变。
2010-04-12 astro-ph.GA gr-qc
Lecture notes on black hole binary astrophysics
我们描述了一些关键的天体物理过程驱动的形成和演化的黑洞双星的不同性质，从恒星质量的超大质量系统。在第一部分中，我们重点讨论了与地基引力波探测器有关的恒星质量双星形成的主流通道，即{ \it场}和{ \it动力学}方案。对于场的情况下，我们强调的相关步骤，在演化的二进制，包括质量转移，超新星爆炸和踢，共同的信封和引力波发射。对于动力学的情况下，我们描述的主要物理过程中涉及的星团的形成和隔离的黑洞在其中心。然后，我们确定的动力学过程，导致二进制的形成，包括三体捕获，交换和硬化。笔记的第二部分致力于大质量黑洞的形成和演化，包括导致质量吸积和双星形成的物理学。在整个笔记中，我们提供了几个循序渐进的教学推导，这应该特别适合本科生和博士生，但也适合有兴趣从天体物理学的角度接近引力波源的引力波物理学家。
2018-08-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Non-isotropic feedback from accreting spinning black holes
活动星系核（AGN）是大质量的黑洞（BH），它们在宿主星系的中心吸积气体。一部分吸积的物质被转换成能量并释放到周围的介质中，这个过程被称为活动星系核反馈。大多数数值模拟包括AGN反馈作为子网格模型，其中能量或动量（或两者）耦合到附近的气体。在这项工作中，我们实现了一个新的动量驱动的模型中的流体动力学代码GIZMO，其中吸积从大尺度介导的亚网格吸积盘模型，和气体粒子的stocherous踢过一个双锥区域，模仿观察到的动能风。反馈锥的轴既可以平行于黑洞周围气体的角动量，也可以平行于黑洞的自旋方向，这在吸积盘模型中是自洽演化的。以环核圆盘（CND）为实验平台，我们发现：（1）流出的圆锥形状总是可见的，并且对发射方向和孔径的依赖性很弱，导致相当的质量流入和流出;（ii）在我们的测试中，圆锥体的方向也是相似的，并且它并不总是与初始值相同，由于与CND的相互作用在形成流出物中起着至关重要的作用;以及（iii）流出物的速度相反地不同并且强烈地取决于与CND的相互作用。
2022-04-13 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A 2-hr binary period for the black hole transient MAXI J0637-430
我们重新审视了对银河系黑洞（BH）候选者MAXI J 0637 -430的X射线和光学研究的各种已发表结果，该黑洞于2019年爆发。结合先前报道的峰值爆发光度、内外吸积盘的最佳拟合半径、视角、指数衰减时间尺度和He II 4686盘发射线的峰-峰分离，我们改进了对系统参数的约束。我们估计日心距离d =（8.7 +/- 2.3）kpc，投影银心距离R =（13.2 +/- 1.8）kpc，距银道面的高度|z| =（3.1 +/- 0.8）kpc。它是目前已知的距离银河系中心最远的银河系BH候选者。我们推断BH质量M_1 =（5.1 +/- 1.6）M_{sun}，自旋参数a* <~ 0.25，施主星质量M_2 =（0.25 +/- 0.07）M_{sun}，峰值爱丁顿比λ = 0.17 +/- 0.11，双星周期P_{orb} = 2.2^{+0.8}-{-0.6}小时。这是迄今为止测量或估计的银河系BH X的最短周期。射线双星如果施主恒星是主序星矮星，这样的周期对应于演化阶段，在这个阶段，轨道收缩是由引力辐射驱动的，恒星已经重新与它的洛希瓣（周期间隙的低端）接触。三个周期最短（<~3小时）的银河系黑洞也是那些与银河系平面垂直距离最远（>~2千秒差距）的黑洞。这可能是因为具有较高结合能的双星可以在更快的出生踢中存活下来。
2022-07-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Formation of super-massive black holes in galactic nuclei I: delivering seed intermediate-mass black holes in massive stellar clusters
超大质量黑洞（SMBH）存在于大多数星系核中。这些核中有相当一部分还包含围绕SMBH的核星团（NSC）。在本文中，我们认为，NSC的形式首先，从合并的几个星团，可能包含中等质量黑洞（IMBHs）的想法。这些IMBH随后可以在NSC中生长并形成SMBH。我们对三个星团同时合并形成一个NSC进行了$N$体模拟，并研究了包含零个、一个、两个和三个IMBH的模拟运行的结果。我们发现，IMBHs可以有效地下沉到合并集群的中心。如果多个合并星系团包含一个IMBH，我们发现一个IMBH双星很可能形成，并随后合并的引力波发射。我们发现，这些合并是由与周围恒星的动力学相互作用催化的，这种相互作用系统地硬化了双星并增加了其轨道偏心率。当两个IMBH的质量比为$q\gtrsim 0.15$时，种子SMBH将被反冲踢出NSC。如果种子被排出，则在NSC中不会形成SMBH。这是一个自然的途径来解释那些包含NSC但显然缺乏SMBH的星系核，如M33。然而，如果IMBH被保留下来，那么它可以通过气体吸积和恒星的潮汐破裂来播种SMBH的生长。
2021-01-12 astro-ph.GA
A Likely Super Massive Black Hole Revealed by its Einstein Radius in Hubble Frontier Fields Images
在宇宙学距离上，引力透镜可以直接测量超大质量黑洞（SMBH）的质量，而不管它们的光度如何。在这里，我们直接估计的质量最亮的星团星系（BCG）的MACS J1149+2223.5在$z=0.54$通过一个多透镜图像的背景螺旋星系在$z=1.49$投影接近BCG。在这张特殊的图像中，一个螺旋臂中的固有紧凑区域被透镜化成一个弧形，向BCG中心弯曲。该弧的曲率半径仅为$\sim$ 0。“6，泄露了当地小型偏转器的存在。它的曲率最简单地由一个质量为$8.4^{+4.3}_{-1.8}\times10^{9}M_\odot$的点状物体复制，类似于具有可比光度的局部椭圆星系中的SMBH质量。SMBH与BCG光中心的距离明显地被$4.4\pm0.3$ kpc所抵消，这可能是$\sim2.0\times10^7$多年前在两个SMBH合并时被踢出的结果，将其置于恒星核心之外。类似的曲率可以通过用一个致密星系来代替偏移的SMBH来产生，该致密星系的质量为$\sim2\times 10^{10}M_\odot$，在$<4$ kpc的截止半径内，并且具有异常大的$M/L>50(M/L)_\odot$，使其在哈勃前沿场的深图像中无法检测到，在或接近星系团的红移;然而，这样的透镜星系以一种不希望的方式扰动了相邻的透镜图像。
2018-08-20 astro-ph.GA
The MEGaN project II. Gravitational waves from intermediate mass- and binary black holes around a supermassive black hole
本文研究了大质量星团群沉积在超大质量黑洞附近的中等质量黑洞、恒星黑洞和双星黑洞的演化。恒星黑洞在SMBH周围迅速分离，形成极端质量比的吸气，并以$Γ= 0.02-0.2$ yr $^{-1}$ Gpc $^{-3}$的速率在红移$z=0$处合并。一些围绕SMBH运行的IMBH有利于在哈勃时间内合并的大质量对的形成，这是该通道$Γ=0.03$ yr $^{-1}$ Gpc $^{-3}$的合并率。合并后的反冲可以将残余物从星系中心喷射出去，特别是在矮星系中。我们的研究结果表明，这种机制可以导致高达$10^5$喷射SMBH在1 Gpc。IMBH与同一簇中的几个单一和二元BH共存可以显著影响它们的演化，要么驱动二元破坏，产生中等质量比的吸气（合并率$Γ=9.5$ yr $^{-1}$ Gpc $^{-3}$），要么促进BHB聚结（$Γ=2-8$ yr $^{-1}$ Gpc $^{-3}$）。在一些模拟中，SMBH促进BHB聚结，导致该过程的合并速率为$Γ=1$ yr $^{-1}$ Gpc $^{-3}$。我们注意到，在星系核中经历合并的BHB可能被错误地估计为比实际重的$\sim 30\%$，这是因为SMBH周围的快速运动引起的波频率的多普勒频移。我们所有的模拟都是使用$N$体代码进行的，该代码专门用于处理近距离接触和后牛顿动力学，其中还包括粒子运动方程中的星系场和动力学摩擦。
2018-11-15 astro-ph.GA
