Modeling Flows Around Merging Black Hole Binaries
合并中的大质量黑洞双星是由星系合并产生的。黑洞合并的最后阶段会产生强大的引力辐射，可以被太空中的LISA探测到。在气体和磁场存在的情况下发生黑洞合并的情况下，也可能产生各种类型的电磁信号。模拟这种最终合并的电磁对应物需要演化黑洞周围强场区域的气体和场的行为。我们已经朝着解决这个问题迈出了一步，通过映射动态的，三维广义相对论时空中的无压物质流，围绕合并的黑洞。我们发现单个黑洞和二元黑洞的结果之间，以及二元黑洞中非旋转和旋转的黑洞之间，碰撞和流出速度存在质的差异，包括当物质的净角动量较低时合并的特征。如果未来的磁流体动力学结果证实了这些差异，它可能允许评估的性质的双星，以及产生一个可识别的电磁对应伴随的引力波信号。
2009-07-31 astro-ph.HE gr-qc
Merging Compact Binaries Near a Rotating Supermassive Black Hole: Eccentricity Excitation due to Apsidal Precession Resonance
研究了在一个旋转的超大质量黑洞（SMBH）附近的三重结构中合并致密双星的动力学。我们包括各种广义相对论的影响，耦合的内轨道，外轨道和自旋的SMBH。在引力辐射引起的轨道衰变过程中，内双星会遇到“拱心进动共振”，并经历偏心激发。当内双星的拱点进动速率与外双星的拱点进动速率相匹配时，就会发生这种共振，这种进动由牛顿相互作用和各种后牛顿效应驱动。偏心率激励要求外轨道具有有限的偏心率，并且对于具有小的相互倾斜的三重体是最有效的，与充分研究的Lidov-Kozai效应相反。共振和相关的偏心率增长可能发生在双星发射低频带的引力波时，并且可能被未来的天基引力波探测器探测到。
2020-07-14 astro-ph.HE gr-qc
Building better spin models for merging binary black holes: Evidence for non-spinning and rapidly spinning nearly aligned sub-populations
最近的工作描绘了一个矛盾的肖像黑洞自旋分布在合并双星测量与引力波。一些分析发现，相当一部分的合并双星包含至少一个黑洞的自旋倾斜$>90^\circ$相对于轨道角动量矢量，这已被解释为一个签名的动态组装。其他分析发现，数据是一致的双峰人口，其中一些双星包含黑洞与可忽略的自旋，而其余的包含黑洞的自旋矢量优先与轨道角动量矢量对齐。在这项工作中，我们仔细检查模型的分布黑洞自旋，以查明可能的故障模式，该模型产生一个错误的结论。我们重新分析数据从第二个LIGO-室女座引力波瞬态目录（GWTC-2）使用修订的自旋模型，它允许一个子群的黑洞可以忽略不计的自旋。与Roulet等人最近的结果一致，我们发现GWTC-2的检测结果与两个不同的亚群是一致的。我们估计合并双星的$29-75\%$（90\%可信区间）包含自旋可忽略的$χ\approx 0$的黑洞。剩下的双星是第二个子群的一部分，其中自旋矢量优先（但不完全）与轨道角动量对齐。第二个子群中的黑洞的特征是自旋为$χ\sim0.45$。我们认为，推断的自旋分布是一致的假设，所有合并的双星形式通过字段形成的情况。
2022-04-23 astro-ph.HE gr-qc
Unravelling the progenitors of merging black hole binaries
近年来的引力波探测证实了大质量恒星黑洞双星的存在，但黑洞双星的形成通道仍是一个悬而未决的问题。在这里，我们调查的人口BBHs使用我们的新的人口合成代码MOBSE。MOBSE是广泛使用的双星总体合成代码BSE（Hurley et al. 2000，Hurley et al. 2002）的更新版本，包括确定大质量恒星命运的关键要素：最新的恒星风处方和超新星模型。使用MOBSE，我们在低金属丰度下形成总质量高达$\sim{}120$ M $_\odot$的BBH，但只有总质量高达$\sim{}80$ M $_\odot$的系统在不到一个哈勃时间内合并。我们的研究结果表明，只有大质量贫金属星（$Z\lesssim 0.002$）才可能是像GW 150914这样的引力波事件的祖先。此外，我们预测，合并BBH形式更有效地从金属贫比富金属的恒星。
2018-07-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
Merging black hole binaries: the effects of progenitor's metallicity, mass-loss rate and Eddington factor
LIGO探测到的前四次引力波事件都被解释为合并黑洞双星（BHB），为研究此类系统开辟了新的视角。在这里，我们使用我们的新的人口合成代码MOBSE，BSE（Hurley et al.2002）的升级版本，调查合并BHB的人口统计学。MOBSE包含了大质量热恒星的质量损失的金属性依赖处方。它还占电子散射爱丁顿因素对质量损失的影响。我们对12种不同金属丰度的孤立大质量双星进行了>10^8次模拟，以研究质量损失、核心坍缩超新星和共同包络对合并BHB的影响。考虑到恒星风对爱丁顿因子的依赖性，导致形成质量高达65 Msun的黑洞（BH），金属丰度Z~0.0002。然而，合并BHB中的大多数BH具有<40 Msun的质量。我们发现合并BHB的质量比在0.1 - 1.0范围内，即使质量比>0.6更有可能。我们预测像GW 150914、GW 170814和GW 170104这样的系统只能由金属丰度分别为Z<=0.006、Z<=0.008和Z<=0.012的祖细胞形成。大多数合并BHB经历了一个共同的信封阶段，但高达17%的合并BHB在低金属丰度没有经历任何共同的信封阶段。我们发现，贫金属祖先的合并数量远高于富金属祖先：在低金属丰度（Z = 0.0002 ~ 0.002）时，每单位质量的BHB合并数量约为10^-4 Msun^-1，而在高金属丰度（Z = 0.02）时，每单位质量的BHB合并数量降至约…
2017-11-09 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Eccentricity and Inclination Excitation of Stellar Orbits around merging Black-Hole Binaries
School of Astronomy and Space Science, Nanjing University（南京大学天文与空间科学学院）；Key Laboratory of Modern Astronomy and Astrophysics in Ministry of Education, Nanjing University（南京大学现代天体学与天体物理教育部重点实验室）
本研究构建含第三体摄动和后牛顿效应的框架，揭示并合黑洞双星周围恒星轨道经四极阶及八极阶共振激发倾角与偏心率，为探测并合BHBs提供间接途径。
2026-09-23 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Black hole mergers from quadruples
随着LIGO/Virgo、LISA和其他仪器在未来几年内预计将探测到数百个合并的二进制黑洞（BH）信号，对导致致密天体二进制形成的天体物理通道进行建模已变得至关重要。本文利用高精度的直接$N$ -体模拟方法，对由两个双星组成的四重黑洞进行了系统的统计研究，其中包含了2.5PN阶的后牛顿（PN）项。我们发现，大多数合并系统具有高的初始倾角和分布峰值在$\sim 90^\circ$的三倍，但具有更突出的广泛的分布尾巴。我们发现，BH合并通过这个通道有一个显着的偏心率在LIGO波段，通常远大于BH合并孤立的二进制文件，并在二进制文件从星团中喷出，但可比合并二进制文件通过GW捕获的情况下形成的集群，合并在层次三重，或BH二进制文件轨道中等质量的黑洞在星团。我们发现，合并分数可以高达$\sim 3$ - $4\times$更高的四倍比三倍。因此，即使四元组的数量是$20\%$ --三元组数量的$25\%$，四元组场景也可以代表对LIGO/VIRGO观测到的事件的重要贡献。
2019-05-13 astro-ph.GA astro-ph.HE
Do high-spin high-mass X-ray binaries contribute to the population of merging binary black holes?
双黑洞（BBH）系统的引力波观测表明，黑洞的自旋幅度相对较低。这些测量出现在张力与高质量X射线双星（HMXB）的高自旋测量。我们使用网格的MESA模拟结合快速人口合成代码COSMIC检查这两个二进制人口的起源。有人认为，当两颗恒星都在主序星上时，Case-A的质量转移可以在HMXB中形成高自旋BH。假设这个形成通道，我们表明，根据临界质量比的质量转移的稳定性，48-100%的这些情况下，A HMXB合并在共同的包络相和高达42%的结果在二进制太宽，合并在哈勃时间。MESA和COSMIC都表明，通过Case-A质量转移形成的高自旋HMXB只能在一个小的参数空间内形成合并的BBH，其中质量转移可以导致足够的轨道收缩，以便在哈勃时间内合并。我们发现，只有高达11%的这些案例A HMXB的结果BBH合并，最多20%的BBH合并来自案例A HMXB。因此，观察到这两种自旋分布不同并不奇怪。
2022-10-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
Merging White Dwarf Binaries Produce Type Ia Supernovae in Elliptical Galaxies
研究发现双峰星云发射轮廓的Ia型超新星主要出现在大质量低恒星形成率星系中，源于白矮星并合或碰撞，揭示了正常Ia型超新星存在至少两个不同的前身星通道。
2024-12-27 astro-ph.HE
Changing-Look Inspirals: Trends and Switches in AGN Disk Emission as Signposts for Merging Black Hole Binaries
本研究通过模拟和解析模型揭示，AGN中旋近黑洞双星可产生两类长期亮度变化（A型先暗后亮、B型先亮后暗），并合伴随色变，为LISA引力波探测和Mrk 1018光谱变化提供解释。
2024-10-07 astro-ph.HE
Dynamically Formed Black Hole Binaries: In-Cluster Versus Ejected Mergers
越来越多的黑洞二进制（BHB）合并检测的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）有可能使一个前所未有的物理过程和天体物理条件的特点，管理紧凑的二进制文件的形成。在本文中，我们通过一组最先进的58个N体直接模拟，包括恒星演化、引力制动、引力辐射引起的轨道衰变和银河潮汐相互作用，重点研究了致密星团中BHB的动力学形成。模拟包括一系列代表典型年轻球状星团的初始条件，包括原始双星的存在。对系统进行了~ 12 Gyr的仿真。该数据集产生了117个BHB引力波事件，其中97个双星在其宿主星团内合并，20个双星在被抛出后合并。在所有被喷射的BHB中，只有8%在宇宙年龄内合并。在这个合并子集中的系统倾向于具有较小的分离和较大的偏心率，因为这种参数的组合导致更大的引力辐射。我们确认已知的趋势，从蒙特卡罗模拟，如反相关的质量的二进制和年龄的集群。此外，我们强调的第一次在低值的质量比分布之间的集群和喷射合并的差异。然而，结果取决于对引力波反冲强度的假设，因此在很大程度上不能排除星系团合并。需要一个更实质性的BHB合并目录和更广泛的N体模拟库来约束所观察到的事件的起源。
2020-09-01 astro-ph.HE
On Poynting-Flux-Driven Bubbles and Shocks Around Merging Neutron Star Binaries
相对论性致密天体（中子星和黑洞）的并合双星被认为是短伽马射线暴的起源和引力波的源，因此对它们的研究在天体物理学中具有重要意义。由于一个或两个双星成员的强磁场和高轨道频率，这些双星是坡印廷通量形式的强能量源（例如，磁场主导的外流，相对论轻子风，电磁波和等离子体波）。双星系统稳定的能量注入形成了一个充满物质的气泡（或空腔），它推动周围的等离子体，并可以在其中驱动冲击波。与点爆炸的Sedov-von Neumann-Taylor爆炸波解不同，这里的冲击波是由气泡内部不断增加的压力驱动的。我们从第一性原理计算的动力学和演化的泡沫和周围的冲击，并预测，这样的系统可以观察到的无线电源合并前后几个小时。在更晚的时间，冲击波预计会落在Sedov-von Neumann-Taylor解上，因此类似于爆炸。
2012-12-17 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
A Magnetic Unification of Merging Supermassive Black Hole Binaries
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所）；Department of Astronomy, Columbia University（哥伦比亚大学天文学系）；Department of Physics, Columbia University（哥伦比亚大学物理系）
本研究提出二维伪牛顿框架统一合并超大质量黑洞双星的电磁特征，发现磁场强度主导合并信号，为观测约束磁化提供新途径。
2026-09-23 astro-ph.HE
Disappearing thermal X-ray emission as a tell-tale signature of merging massive black hole binaries
本研究通过高分辨率二维模拟发现，大质量黑洞双体并合前1-2天热X射线辐射会因双星与环双星盘解耦而骤降，并合后数天保持X射线暗弱，该特征可作为LISA引力波并合事件的标志性电磁对应体信号。
2023-10-06 astro-ph.HE
Non-thermal X-ray Emission from Merging Massive Black Hole Binaries
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究探讨非热X射线辐射是否能掩盖或改变双星合并前热X射线信号，发现非热辐射不足以消除热信号，强化其作为电磁对应体的可靠性。
2026-03-16 astro-ph.HE
Merging of Components in Close Binaries: Type Ia Supernovae, Massive White Dwarfs, and Ap stars
《Scenario Machine》（一种为研究密近双星演化而设计的计算机代码）被用来对各种各样的合并天体进行总体合成：主序星与主序星;白矮星与白矮星、中子星和黑洞;中子星与中子星和黑洞;我们计算了这类事件的发生率，并绘制了合并白矮星和主序星的质量分布图。结果表明，Ia型超新星只有经过大约10亿年的星系演化才能被用作标准烛光。在这一演化过程中，Ia型超新星的平均能量大约会降低10%; Ia型超新星的最大和最小能量可能相差不少于1.5倍。在估计宇宙加速的参数时应该考虑到这种情况。根据理论估计，最大质量的（通常是磁性的）白矮星可能是由质量较低的白矮星合并而成的。至少有一些磁性的Ap和Bp星可能形成于低质量主序星（小于太阳的1.5质量）与对流包层的合并中。
2009-01-30 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Compact Object Mergers in Hierarchical Triples from Low-Mass Young Star Clusters
一颗由外层伴星环绕的双星构成了一个等级三元系统。外天体可能通过ZLK机制激发内双星的偏心率，当其成员为致密天体时，触发内双星的引力波（GW）聚并。在这里，我们研究了一个样本的层次三元组的内部黑洞（BH）- BH二进制，BH -中子星（NS）的二进制，BH -白矮星（WD）的二进制，通过动态相互作用形成的低质量的年轻星团。我们的样本的三元组获得自洽的直接N体模拟的星团，其中包括最新的恒星演化。我们发现，在我们的三元组的内部双星不能合并通过GW辐射单独，和ZLK机制是必不可少的触发他们的合并。与年轻星团中动态聚集的双星相反，合并成三个双星的双星BH优先具有低质量比（q ~ 0.3）和高质量（mp> 40 MSun）。我们推导出BH-BH、BH-NS和BH-WD双星的局部合并率密度分别为0.60、0.11和0.5 yr^-1 Gpc^-3。此外，我们发现合并双星在GW频谱上具有高偏心率，包括LIGO-Virgo-KAGRA（LVK），LISA和DECIGO频率。大约7%的BH-BH和60%的BH-NS双星在LVK波段有可探测的偏心率。我们的研究结果表明，偏心率和合并双星的质量谱是最强的功能，从三重星系的GW合并。
2022-01-17 astro-ph.HE
Polluting the pair-instability mass gap for binary black holes through super-Eddington accretion in isolated binaries
单恒星演化理论预测黑洞（BH）的质量分布在大约45- 130 M $_{\odot}$之间，即所谓的“对不稳定质量间隙”。我们研究是否BH可以污染的差距后，从恒星的同伴吸积。为此，我们模拟的演化孤立的二进制使用人口合成代码，我们允许超级爱丁顿吸积。在我们最极端的假设下，我们发现最多约2%的所有合并的二进制BH系统包含一个BH的质量在对不稳定的质量差距，我们发现，不到0.5%的合并系统的总质量大于90 M $_{\odot}$。没有发现总质量超过100 M $_{\odot}$的并合BH系统。我们比较我们的结果预测从几个动力学途径对不稳定的质量间隙事件，并讨论了可区分的功能。我们的结论是，经典的孤立二元形成情景不会显着导致对不稳定质量间隙的污染。的鲁棒性的预测质量差距的孤立的二进制通道是有前途的前景放置约束（一）不同的形成渠道的相对贡献，（二）的物理学的祖细胞，包括核反应率，和（iii），暂时，哈勃参数。
2020-06-01 astro-ph.HE
Merging black holes in young star clusters
寻找独特的签名，这表明不同的形成渠道的双黑洞（BBH），是一个关键的一步，对当前和未来的引力波探测的解释。在这里，我们调查的人口合并BBHs在年轻的星团（SC），这是大质量恒星的托儿所。我们进行了$4\times{} 10^3$ N-体模拟的SC与金属$Z=0.002$，初始二元分数$0.4$和分形初始条件，以模拟恒星形成区的块状。我们的模拟包括一个新的人口合成的基础上的代码MOBSE的方法。我们发现，SC动态并不影响合并率显着，但留下了强大的指纹上的属性合并BBH。在最初的几个百万年中，年轻SC中超过50%的合并BBH通过动态交换形成。动态形成的合并BBH比孤立双星中的合并BBH重得多：在年轻的SC中，合并BBH的总质量高达$\sim{}120$ M $_\odot$形式，而在具有相同金属丰度的孤立双星中，合并BBH的最大总质量仅为$\sim{}70$ M $_\odot$。通过动力学交换产生的合并BBH往往比孤立双星中的BBH具有更小的质量比。此外，SC动力学加速合并：在年轻的SC中，恒星形成和合并之间的延迟时间显着缩短。在我们的模拟中，像GW 170729这样的大质量系统只能通过动力学交换形成。最后，年轻SC中合并BBH的$\sim{}2$ %在对不稳定质量间隙中具有质量（$\sim{}60-120$ M $_\odot$）。这表示在SC中合并BBH的唯一指纹。
2019-01-03 astro-ph.HE astro-ph.SR
Final stage of merging binaries of supermassive black holes: observational signatures
人们对双超大质量黑洞（SMBH）的兴趣越来越大，但在观测中，分离小于~1光日（10^8 Msun的引力半径为~10^2）的合并双星在引力波的控制下迅速演化，是难以捉摸的。在本文中，我们讨论了三个区域的组成SMBH周围的迷你盘的命运：1）低速率（对流主导吸积流（ADAF）），2）中等速率，3）超爱丁顿吸积率。具有中间速率的微型盘通过热电晕的热传导进行蒸发，形成混合径向结构。当双星轨道周期小于蒸发小圆盘的声传播时间尺度时，由于圆盘将被高度扭曲而被破坏，因此出现了一种新的不稳定性，称为声不稳定性。我们证明了小圆盘的声不稳定性与A_{crit} ~10^2 Rg的临界分离，并且腔中充满了热气体。对于这些二进制，组件SMBH的吸积与邦迪模式的ADAF制度，显示周期性的变化所造成的多普勒增强效应的无线电从ADAF由于轨道运动。与此同时，环双星盘（CBD）仍然没有足够的热（紫外赤字）来产生光子来吸收气体以获得宽发射线。当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，而当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，而当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，而当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，CIV线出现。此外，如果CBD与二元平面不对准，则预期具有约十倍射电周期的光学周期变化。
2022-11-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Do both black holes spin in merging binaries? Evidence from GWTC-4 and astrophysical implications
Monash University（莫纳什大学）；OzGrav: The ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery（引力波发现ARC卓越中心）
研究发现双黑洞系统中两个黑洞均具有显著自旋，挑战传统角动量传输模型。
2025-09-04 astro-ph.HE
Population Synthesis of Black Hole Binaries with Compact Star Companions
本文系统地研究了黑洞（BH）双星与致密星（CS）伴星的合并，包括黑洞-白矮星（BH-WD）、黑洞-中子星（BH-NS）和黑洞-黑洞（BH-BH）系统。以往的研究表明，传质稳定性和共同包络演变可以显着影响合并BH-CS通过孤立的二元演化的形成。详细的二进制演化模拟，我们获得易于使用的标准发生的共同包络相的质量转移BH二进制与非简并捐助者，并纳入人口合成计算。为了探讨NS和BH之间可能存在的质量差对合并BH-CS双星总体性质的影响，我们采用了不同的超新星机制，包括\textit{rapid}、\textit{delayed}和\textit{stochastic}公式来处理致密的残余质量和出生踢.我们的计算表明，银河系中存在着$ \sim 10^{5} -10^{6}$ BH-CS双星，其中有几十个是未来天基引力波探测器可以观测到的。我们估计所有BH-CS系统的局部合并率密度为$ \sim 60-200 \,\rm Gpc^{-3}yr^{-1}$。虽然没有通过\textit{rapid}超新星形成的低质量黑洞，但\textit{delayed}和\textit{stochastic}两个公式都预测合并BH-WD/BH-NS/BH-BH双星的$ \sim 100\% $/$ \sim 70\% $ / $ \sim 30\% $可能在质量间隙内有BH成分。
2021-07-08 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
The diverse morphology of gravitational wave signals from merging neutron-star white-dwarf binaries
State Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台射电天文与技术重点实验室）；CAS Key Laboratory for Computational Astrophysics, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台计算天体物理重点实验室）；School of Astronomy and Space Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学天文与空间科学学院）；Armagh Observatory and Planetarium（阿马赫天文台和天文馆）；National Astronomical Observatories/Yunnan Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台/云南天文台）；School of Physical Science and Technology, Lanzhou University（兰州大学物理科学与技术学院）；School of Physics and Technology, Wuhan University（武汉大学物理科学与技术学院）
研究揭示了NSWD双星系统在不同参数下可能的多条演化路径，并展示了其多样的引力波信号特征。
2025-11-26 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Spin orientations of merging black holes formed from the evolution of stellar binaries
我们研究了合并的二元黑洞（BH）的预期自旋错位形成隔离状态相结合的最先进的人口合成模型与有效的后牛顿演化，从而跟踪从恒星形成的引力波检测源。我们提出了广泛的预测，目前和未来的干涉仪可检测的源的属性。我们解释了这样一个事实，即探测器对具有合适自旋方向的自旋BH二进制更敏感，并发现这显著影响了LIGO可探测的源的数量，而第三代探测器的情况并非如此。我们发现，三个形成途径，区分的核心崩溃和共同的信封阶段的顺序，占主导地位的观察人口，他们的相对重要性，关键取决于在出生时给予BH的反冲。我们的模型表明，“有效自旋”参数$χ_{\rm eff}$的测量将允许强大的约束。例如，我们发现，自旋幅度和自旋方向的作用在$χ_{\rm eff}$可以在很大程度上解开，和有效自旋分布的对称性是一个强大的指示器的二进制的形成历史。我们对单个自旋方向及其进动形态的预测证实并扩展了早期的玩具模型，同时探索了更现实和更广泛的初始条件。我们的主要结论是，特定的BH双星子群将表现出独特的岁差动力学：这些类包括（但不限于）源恒星潮汐相互作用的作用在足够短的时间尺度上，和大规模的二进制产生的脉动对不稳定超新星。BH自旋方向的测量具有巨大的潜力，可以限制大质量双星生命中的特定演化过程。
2018-10-20 astro-ph.HE gr-qc
Accretion-modified Stars in Accretion Disks of Active Galactic Nuclei: Gravitational Wave Bursts and Electromagnetic Counterparts from Merging Stellar Black Hole Binaries
最近LIGO/Virgo对双星黑洞（BBH）合并产生的引力波（GW）的探测，特别是对可能与类星体有关的GW 190521的探测，重新激发了人们对活动星系核（AGN）作为合并BBH工厂的兴趣。在超大质量黑洞（SMBH）吸积盘的稠密气体环境中，由大质量恒星演化而来的致密天体被大质量包层包裹而形成吸积改性星（AMS）。我们发现，大多数AMS形成双星由于相互之间的引力相互作用，在径向迁移的SMBH磁盘，形成BBHS内的AMS。当BBH诞生时，它的轨道最初由SMBH的潮汐力矩控制。Bondi吸积以超爱丁顿速率自然发展，然后控制其轨道的演化。我们发现，邦迪吸积导致有效地删除的轨道角动量的二元，其最终合并产生GW爆发。与此同时，Blandford-Znajek机制泵出合并BH的自旋能量以产生电磁对应物（EMC）。此外，超爱丁顿吸积到BBH发展强大的外流，并触发邦迪爆炸，这表现为一个EMC的GW爆发，这取决于吸积流的粘度。Bondi球的热辐射是电磁兼容的一种。BBH以LIGO可访问的频率$\sim 10^{2}\,$ Hz辐射GW。
2021-06-21 astro-ph.GA astro-ph.HE
Determining the progenitors of merging black-hole binaries
本文研究了一种通过引力波（GW）信号确定黑洞合并前体的可能方法。我们认为，测量的GW事件与重叠的星系目录的交叉相关性，可以提供一个额外的工具，以确定BH合并跟踪宇宙的恒星质量，因为预计从合并的端点的恒星演化。另一方面，如果黑洞是原始起源的，就像最近提出的那样，它们的合并将优先由低偏差的物体主持，因此与发光星系的互相关性较低。在这里，我们预测了当前和未来的GW探测器，如LIGO和爱因斯坦望远镜的互相关测量的预期精度。然后，我们预测如何以及这些仪器可以区分模型，确定高质量的BH-BH合并作为合并的原始黑洞，构成宇宙中的暗物质从更传统的天体物理学来源。
2016-05-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Exploding neutron stars in close binaries
2017年8月17日，LIGO发现了合并中子星的GW信号，随后FERMI和INTEGRAL在GW信号丢失后1.7秒发现了一个短暂的GRB 170817 A，当时它刚刚达到最大值。本文是我们在1984年发表的第一篇预言合并中子星的GW信号后短GRB的论文的复制。我们的论文遵循Clark和Eardley（1977）的设想，他们预测了GW信号峰值后1.7秒内中子星的灾难性破坏。我们在1990年的下一篇论文以相当合理的精度预言了短伽玛暴的所有主要性质。英文译文中的错别字已作了更正，并在本出版物中添加了一些评论，作为编号脚注（原文唯一的脚注用星号标出）。
2018-08-22 astro-ph.HE
Merging black hole binaries in galactic nuclei: implications for advanced-LIGO detections
基于最近对黑洞双星合并GW 150914引力波的探测，我们研究了大质量星团所在星系核中黑洞的动力学演化。核星团的质量约为10^7兆太阳质量，大小只有几个秒差距，是在局部宇宙中观测到的致密恒星系统，代表了一个坚固的环境，（恒星质量）黑洞双星可以动态地形成，硬化和合并。我们表明，由于它们的大逃逸速度，核星团可以保持大部分的合并残留物，同时也发展得足够快，洞可以下沉到中心区域，在那里他们可以交换新的二进制文件，随后可以硬化和合并。这个过程可以重复几次，并产生几十个太阳质量的黑洞合并，类似于GW 150914，高达几百个太阳质量，而不需要调用极低的金属丰度环境或难以置信的初始条件。我们用半解析的方法来描述大质量星团中黑洞的形成和动力学。我们在核星团中发现了一个单位体积的黑洞双星合并速率约为1.5 Gpc^-3 yr^-1，这意味着高级LIGO每年可能探测到几十个黑洞。我们的模型表明，对于类似于GW 150914（总质量>~ 50 M_Sun，红移z< 0.3）的高质量黑洞双星，其局部合并速率为0.3- 1 Gpc^-3 yr^-1;这一合并速率与动态聚集在球状星团中的高质量黑洞双星相当。最后，我们证明，如果所有黑洞都受到大于~ 50 km s^-1的高出生反冲，那么与球状星团或通过孤立双星演化产生的类似双星的合并速率相比，核星团可能主导双星黑洞的局部合并速率。
2016-08-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraining parameters of low mass merging compact binary systems with Einstein Telescope alone
爱因斯坦望远镜（ET）是未来的第三代引力波探测器，对引力波信号的探测灵敏度将降至1 Hz。这种改进的低频灵敏度的ET将允许观察低质量的双星在合并之前在检测波段的较长时间。由于与当前和先进的2G检测器相比提高了灵敏度，因此检测率也将大大提高。由于与ET合并的致密双星的高检测率，它将是进行人口研究的有用工具。在本文中，我们提出了一种算法来估计的低质量合并紧凑的二进制系统，如本地化，啁啾质量，红移，质量比和源的总质量，这是至关重要的，以估计的能力，研究各种紧凑的二进制人口的ET。对于在共动体积中均匀分布的紧双星，我们发现，用单个ET，双星的$\approx 1\%$可以局域在800平方度内。啁啾质量和总质量的值可以被约束在$\lesssim 5\%$误差内，而对于使用单个ET的有效SNR $\gtrsim 50$，$z$和$D_L$可以用$\lesssim 15\%$的误差来估计。
2022-12-16 astro-ph.HE gr-qc
Spin alignment and differential accretion in merging black hole binaries
超大质量黑洞双星和周围吸积盘之间的相互作用既可以帮助双星螺旋上升，也可以使黑洞自旋与盘角动量对准。双星迁移是由于环双星盘内的角动量转移，而自旋对准过程是由每个黑洞上的质量吸积驱动的。因此，不同盘部件之间的质量传递将内旋和对准过程耦合在一起。预计质量会从双星清理出来的空洞中泄漏出来，并优先吸积到较轻的（次级）黑洞上，因为它的轨道更靠近圆盘边缘。较重的（主）黑洞的低吸积速率减慢了对齐过程。我们重新审视了这个问题，并建立了一个半解析模型来描述气体驱动的内旋和自旋排列之间的耦合，发现质量比q<~0.2的双星接近引力波驱动的内旋的差异失调：光的秒阻止初级对齐。在强引力区，具有未对准主色的二元黑洞是进动效应的理想候选者，并且可能遭受适度大（~1500 km/s）的反冲速度。
2015-07-01 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Black Holes merging with Low Mass Gap Objects inside Globular Clusters
最近，LIGO-Virgo合作报告了一个包含黑洞和质量在$\sim2.5-5M_\odot$范围内的低质量隙天体（LMGO）的双星的合并。这样的探测，挑战了我们对黑洞和中子星质谱的理解，以及这样的双星如何演化，特别是如果孤立的话。在这项工作中，我们研究的动态形成的紧凑的对象对，通过多个二进制单交换发生在球状星团的核心。我们从一群双星系统开始，它们与第一代黑洞和大麦哲伦星系等单个致密天体相互作用。我们评估的交换相互作用导致紧凑的对象二进制文件的形成率。我们的计算包括所有可能类型的二进制单交换相互作用，也与紧凑的对象二进制，可以演变其轨道特性，导致其最终合并的单个恒星的相互作用。我们进行我们的计算所观察到的银河系球状星团环境的全方位。我们发现，交换是有效的形成硬紧凑的对象双星在密集的天体物理恒星环境的核心。此外，如果LMGO双星的粒子数大小与中子星的粒子数大小有关，则在局域宇宙中球状星团内黑洞-LMGO双星的合并率密度估计约为$0.1 \, \text{Gpc}^{-3}\text{yr}^{-1}$。
2021-04-05 astro-ph.GA astro-ph.HE
Merging Compact Binaries in Hierarchical Triple Systems: Resonant Excitation of Binary Eccentricity
研究了具有三级伴星的致密双星（包括白矮星、中子星和黑洞）的长期动力学。由于内双星（最初的偏心率可以忽略不计）由于引力辐射而经历轨道衰减，它的偏心率可以被来自第三行星的引力强迫所激发。这种激发发生在三重系统通过“拱进共振”时，当内部双星的岁差率，由外部伴星和广义相对论的引力摄动驱动，匹配外部双星的岁差率。偏心激励要求外伴星位于偏心轨道上，内外轨道之间的相互倾角小于$\sim 40^\circ$。来自内双星的引力波（GW）信号可以随着系统通过拱点进动共振的演化而被显著地修改。对于某些系统参数（例如，白矮星双星和棕矮星三等星），当双星发射的引力波在$10^{-4}-10^{-1}$ ~Hz范围（LISA的灵敏度波段）时，就会发生共振。
2017-06-16 astro-ph.HE gr-qc
A global analysis for searching neutrinos associated with the black holes merging gravitational wave events
几个中微子观测站对由两个黑洞并合引起的引力波进行了一致中微子信号的探测，没有观测到统计上显著的超过本底水平的中微子信号。这些实验使用了不同的中微子探测技术，对不同类型的中微子都很敏感。用频率论统计方法对Super-Kamiokande和Borexino实验数据进行了分析，得到了相关中微子注量的全局图像。计算中假设了Dirac中微子谱，结果与黑洞并合过程中的零中微子信号相一致，导出的90%的中微子谱与实验结果吻合。对于能量小于110 MeV的中微子，给出了各种中微子类型的通量和光度的置信度上限。
2018-05-24 astro-ph.HE
Merging black hole binaries with the SEVN code
研究黑洞双星（BHB）的形成和演化对于解释当前和未来的引力波（GW）探测是必不可少的。我们调查的统计BHB形式从孤立的二进制文件，通过一个新版本的SEVN人口合成代码。SEVN通过在恒星演化轨迹网格上插值来整合恒星演化。我们将SEVN升级为包括双星演化过程，并使用它来演化$1.5\times{}10^8$双星系统的样本，金属丰度在$\left[10^{-4};4\times 10^{-2}\right]$范围内。从我们的模拟中，我们发现，黑洞（BH）的质量分布在双致密天体双星是非常相似的，只考虑单个恒星的演化。我们获得的最大BH质量分别为金属丰度为$Z=2\times 10^{-2}$、$6\times 10^{-3}$和$10^{-4}$的$\sim 30$、$45$和$55\, \mathrm{M}_\odot$。也可能形成几个大质量的单个BH（BH总数的$\lesssim 0.1\%$），质量分别高达$\sim 65$、$90$和$145\, \mathrm{M}_\odot$，位于$Z=2\times 10^{-2}$、$6\times 10^{-3}$和$10^{-4}$。这些黑洞落在从对不稳定超新星预测的质量间隙中。我们还表明，最大规模的BHB不太可能在哈勃时间内合并。在我们的模拟中，合并的BH，如GW 151226和GW 170608，形成在所有的金属丰度，高质量的系…
2019-04-10 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Spin misalignment of black hole binaries from young star clusters: implications for the origin of gravitational waves events
最近的研究表明，年轻星团中的合并黑洞（BH）双星的祖先可以像孤立的双星一样经历一个共同的包络相。如果恒星从共同的包层中以裸露的核心出现，潮汐相互作用可以在它们坍缩成BH之前有效地同步它们的自旋。与孤立的情况相反，这些二元黑洞在合并之前也可以与集群中的其他黑洞进行动力学相互作用。这种相互作用可以使双星轨道平面倾斜，导致自旋轨道不对准。我们估计的自旋性质合并二进制BH经历这种情况下，结合最新的二进制人口合成和准确的少体模拟。我们表明，后共同信封二进制BH可能只经历一次遭遇，由于高的二进制反冲速度和短的合并时间。采用双星-单星相遇率的保守极限，我们得到的本地黑洞合并率密度约为6.6 yr^-1 Gpc^-3。假设BH的出生自旋小于0.2，这个方案再现了由GWTC-2推断的有效自旋Xeff和进动参数Xp的分布趋势，包括在（Xeff，Xp）~（0.1，0.2）处的峰值和在负Xeff值处的尾部。
2021-04-02 astro-ph.GA astro-ph.HE
Detecting triple systems with gravitational wave observations
激光干涉引力波天文台（LIGO）最近发现了合并黑洞双星发射的引力波。我们研究未来的GW检测是否可以识别三重同伴合并二进制文件。这样一个三重伴星会导致GW信号的变化，这是由于（1）在围绕质心的轨道上沿着视线的路径长度变化，（2）相对论性波束、多普勒和引力红移，（3）三重伴星的引力场中“光”旅行时间的变化，以及（4）轨道要素的长期变化。我们发现，在LIGO频带中花费最长时间的低质量紧凑型天体双星，探测三重伴星的前景是最高的。特别是，对于合并中子星双星，LIGO可以检测到一个信噪比为8的白矮星或M-矮星扰动，如果它是在0.4太阳半径距离的双星和系统是在100 Mpc的距离。恒星质量（超大质量）的黑洞扰动可以在5倍（1000倍）的距离上被探测到。这样的微扰在轨道上合并的二进制发射GWs在1兆赫以上的频率可检测的激光干涉仪空间天线（LISA）的巧合。
2016-04-19 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Formation and merging of Mass Gap Black Holes in Gravitational Wave Merger Events from Wide Hierarchical Quadruple Systems
我们调查长期演化的分级四重系统作为一个形成通道的质量间隙黑洞（与质量约$3-5$ $M_{\odot}$）的系统，最终将导致双黑洞合并可检测的地面引力波探测器（LIGO/室女座）。我们发现，在一个3+1的分级系统中，两个事件的诱导合并将首先导致两个中子星合并，并形成一个质量隙黑洞，随后将合并与另一个（更大的）黑洞通过第二次诱导合并。我们证明，这样的系统是稳定的飞掠，它们的形成将预测一个高质量比和偏心合并的质量间隙黑洞与一个更大质量的黑洞同伴。这样的形成通道可以解释观测到的引力波事件，例如最近发现的LIGO/Virgo事件S190814 bv和S190924 h。
2019-12-02 astro-ph.HE
Waltzing binaries: Probing line-of-sight acceleration of merging compact objects with gravitational waves
本研究探讨了利用LIGO-Virgo-KAGRA、下一代探测器及DECIGO探测致密双星并合事件视线加速度的前景，首次对GW170817和GW190425施加观测约束，并预测了未来各探测器的加速度精度。
2023-07-13 astro-ph.HE gr-qc
Merging binary black holes formed through chemically homogeneous evolution in short-period stellar binaries
我们探索一个新提出的通道，以创建恒星起源的二元黑洞。这种情况适用于大质量的紧密双星，其中旋转和潮汐引起的混合将氢燃烧的产物输送到整个恒星包层。这慢慢地使整个恒星充满氦，防止内部化学梯度的建立。恒星保持紧凑，因为它们在化学上几乎均匀地演化，最终形成两个黑洞，我们估计，它们通常在形成后合并4- 11 Gyr。与其他拟议的通道一样，这一演化途径存在重大的理论不确定性，但在不久的将来可能会受到先进的地基引力波探测器数据的限制。我们进行蒙特卡罗模拟的预期合并率在宇宙时间，探索的影响和不确定性。我们对这个通道的默认模型产生了一个本地的双黑洞合并率约为$10$ Gpc $^{-3}$年$^{-1}$在红移$z=0$，峰值是这个速度的两倍在$z=0.5$。这意味着，这个通道是有竞争力的，在预期的速率方面，与传统的形成方案，涉及一个共同的信封阶段在孤立的二元演化或动态相互作用在一个密集的集群。来自该通道的事件可以通过对几乎相等质量的分量和高质量的偏好来区分，典型的总质量在50和110 $\textrm{M}_\odot$之间。与传统的孤立双星演化的情况下，涉及收缩的轨道在一个共同的信封阶段，短时间的延迟是不可能的，这意味着我们不希望合并在高红移。
2016-06-06 astro-ph.HE astro-ph.SR
May GWs signals by BH BH merging be associated with any gamma or neutrino burst? The case of a NS NS merging in GW GRB170817A
LIGO观测到的引力波（GW）事件GW 150914、GW 151226、GW 170104是黑洞双星合并系统（BH-BH）的记录，这类事件很可能发生在几乎空的或真空的空间中，这类事件大多没有重子质量（等离子体或致密质量），因此在任何相关的伽马带中是无声的或盲的。如果引力波事件可能诞生在一个球状星团、一个恒星形成区或沿着一个螺旋形活动星系核吸积盘，它们额外的吸积质量可能是爆炸和发光所需的重子载荷：在那些密集的地方。BH-BH坍缩也可能通过重子发光和光子轨迹提供光学X和伽马余辉。只有非常近的（几十兆秒差距）BH中子星（NS）或NS NS食人合并可能是有保证的，也与一个期望的，可见的和相关的球形NS爆炸（千诺瓦一）;他们需要低得多的阈值或只是更近的距离。事实上，这样一个非常特殊的GW 170817 GRB 170817 a事件发生在2017年8月;它发生了，它与SN kilonova球形爆炸中的第一次NS NS崩溃有关。GRB 170817 a伽马射线、X射线、无线电信号在许多方面都是非常出色的。GRB 170817 a的独特性能（更软、更弱、最接近、寿命更长）使其极有可能成为离轴喷流探测器。然而，有可靠的论据表明，这样的伽玛暴不仅在准直光束射流中闪耀，而且它们还在更广泛的伽玛赤道盘中闪耀，与射流本身正交。简而言之，我们观察到的事件不是沿着它的喷流，而是垂直于它。这种GRB 17081…
2018-04-12 astro-ph.HE
The cosmic merger rate of stellar black hole binaries from the Illustris simulation
黑洞双星的宇宙合并率密度可以为我们提供一个重要的线索，以限制BHB的形成渠道，根据目前和即将到来的引力波的检测。采用Monte Carlo方法，将新的BHB粒子数合成模型与Illustris宇宙学模拟相结合，研究BHB合并的宇宙历史。我们探讨六个人口合成模型，不同的处方超新星，共同的信封，和出生踢。在大多数模型中，宇宙BHB合并率与宇宙恒星形成率遵循相同的趋势。宇宙BHB合并率的正常化在很大程度上取决于共同包络的处理和出生踢的分布。我们发现，大多数BHB合并在LIGO的仪器视界来自相对贫金属的祖先（<0.2 Zsun）。合并BHB的总质量跨越了很大的范围，从~6到~82 Msun。在我们的基准模型中，与GW 150914、GW 151226和GW 170104一致的合并BHB分别占LIGO视界内合并的所有BHB的6%、3%和12%。重系统，如GW 150914，来自贫金属祖细胞（<0.15 Zsun）。大多数在本地宇宙中合并的类GW 150914系统似乎是在高红移时形成的，具有很长的延迟时间。相比之下，类似GW 151226的系统在整个宇宙历史中形成并融合，来自具有广泛金属丰度的祖先。未来的探测将是至关重要的，以限制共同的信封，对出生踢，并对BHB质量功能。
2017-08-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Prospects for joint observations of gravitational waves and gamma rays from merging neutron star binaries
事件GW 150914和GW 151226的发现，都与双黑洞系统（BBH）的合并一致，开启了引力波（GW）天文学的时代。除了BBH外，最有希望的GW源是由两颗中子星或一颗中子星和一个黑洞形成的双星系统的合并。这些合并被认为与短伽马射线暴（GRB）有关，因此GW和电磁（EM）信号的联合观测可以明确地探测这种关联。我们提出了一个详细的研究联合GW和高能量EM观测的中子星与先进的室女座和LIGO和\emph{Fermi}伽马射线望远镜的合并的二元系统的期望。在这个范围内，我们设计了一个专用的蒙特卡洛模拟管道的多信使发射和检测GW和伽马射线仪器，考虑到GW探测器灵敏度的演变。我们表明，在Advanced Virgo和Advanced LIGO 2016-2017运行期间，联合检测的预期速率较低;然而，随着干涉仪接近其最终设计灵敏度，该速率将增加$\sim$十倍。未来的联合观测将有助于限制短伽玛暴与双星系统之间的关联，并解决GWs的祖先之谜。联合检测率与本文预测的比较将有助于限制伽玛暴喷流的几何形状。
2016-11-27 astro-ph.HE gr-qc
Discovery of a close-separation binary quasar at the heart of a z~0.2 merging galaxy and its implications for low-frequency gravitational waves
在脉冲星定时阵列（PTA）可以探测到的纳赫兹频率上，质量为10^8- 10^9兆太阳的超大质量黑洞（SMBH）双星对尚未探测到的引力波背景（GWB）信号的贡献预计占主导地位。我们目前缺乏坚定的经验限制的幅度GWB由于缺乏确认SMBH二进制文件在所需的质量范围。利用HST/WFC 3图像，我们发现了一个z~0.2的类星体，它位于星系SDSSJ 1010 +1413中心的合并残余物中，该残余物具有两个紧密分离的（0.13“或~ 430 pc）连续核。这两个核心在空间上与两个强大的发射[OIII]的点源重合，它们具有类星体的光度（L_AGN ~ 5x10^46 erg/s，表明存在一个束缚SMBH系统，每个系统的M_BH > 4x10^8 Msun。我们对SMBH对的合并时间尺度设定了25亿年的上限，大约是z~0.2的宇宙回望时间。可能有一群类似SDSSJ 1010 +1413的类星体双星，它们对随机GWB有贡献，应该在未来几年内被探测到。如果没有检测到GWB，这可能表明SMBH只在非常长的时间尺度上合并，在许多哈勃时间内保持紧密分离的双星，即所谓的“最终秒差距问题”。
2019-07-08 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Inferring the neutron star equation of state simultaneously with the population of merging neutron stars
观测多颗合并的中子星的性质将同时提供对中子星质量和自旋分布、中子星合并速率以及核物质状态方程的深入了解。并不是所有包含中子星的合并双星都是相同的。这些合并双星的多样性可能来自广泛或多峰的NS质量分布;不同和极端的NS出生自旋的影响; NS-BH合并的可能性;甚至是相变的可能性，允许NS具有相似的质量，但强烈的发散半径。在这项工作中，我们提供了一个具体的算法来结合所有的信息，从GW测量到一个联合约束的NS合并率，NS属性的分布，和核物质状态方程。使用一个具体的例子，我们展示了如何偏置的质量分布推断可以显着影响恢复的状态方程，即使在小$N$限制。用同样的具体例子，我们展示了如何小的$N$观测可以确定一个双峰的质量和自旋分布合并NS同时与EOS。我们的一致性方法可以立即推广到其他观测约束。
2020-01-06 astro-ph.HE gr-qc
The Missing Link Between Black Holes in High-Mass X-ray Binaries and Gravitational-Wave Sources: Observational Selection Effects
很少有观测到的大质量X射线双星（HMXB）中含有大质量黑洞，也没有可能在哈勃时间内合并成双星黑洞（BBH）;然而，我们从引力波观测中知道存在大质量合并的BBH。我们调查的作用，X射线和引力波观测选择效应在确定各自检测到的二进制人口的属性发挥。我们发现，作为选择效应的结果，可检测的HMXB和可检测的BBHs形成在不同的红移和金属丰度，与可检测的HMXB形成在更低的红移和更高的金属丰度比可检测的BBHs。我们还发现这些人群的质量分布的差异，与可检测的合并BBH祖细胞拉到更高的组件质量相对于完全可检测的HMXB人口。在我们的模拟种群中，少于$3\%$的可检测HMXB宿主黑洞$> 35M_{\odot}$。此外，我们发现一个可探测的HMXB在哈勃时间内合并为BBH系统的概率为$\simeq 0.6\%$。因此，预测没有当前观察到的HMXB以高概率形成合并BBH是不足为奇的。
2023-02-01 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Determining the Hubble constant from gravitational wave observations of merging compact binaries
最近的观测已经积累了令人信服的证据，一些短伽马射线暴（SGRB）与合并的中子星（NS）双星。这将表明SGRB事件与引力波（GW）信号相关联，该信号对应于致密双星的最后螺旋。此外，NS双星合并产生的元素的放射性衰变可能导致在光学和红外线上可见的瞬态，峰值亮度在小时-天的时间尺度上。同时观测内旋引力波和电磁波段的特征，可以使我们直接独立地确定双星的光度距离和红移。这些标准塞壬（GW模拟标准烛光）有可能提供对低红移哈勃流的精确测量。此外，这些系统是绝对由广义相对论校准的，因此不经历传统标准烛光中发现的相同的天体物理系统学，测量也不依赖于距离阶梯。我们发现，15个可观察到的GW和EM事件应该允许哈勃常数使用包括先进的LIGO和Virgo的探测器网络以5%的精度进行测量。测量30个波束GW-SGRB事件可以将H_0约束到优于1%。当与标准高斯似然分析比较时，我们发现每个事件在H_0中的非高斯后验有助于减少NS个二进制合并系综在H_0中的总体测量误差。
2013-07-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The X-ray binaries in M83: will any of them form gravitational wave sources for LIGO/VIRGO/KAGRA?
本研究通过孤立双星演化模型重现M83星系中的X射线双星群体，发现仅约1-2%的XRBs能在哈勃时间内演化为可并合双致密天体，为LIGO/Virgo/KAGRA引力波源起源提供线索。
2023-10-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
Multi-Messenger Constraints on Magnetic Fields in Merging Black Hole-Neutron Star Binaries
LIGO-Virgo-KAGRA合作组最近探测到来自黑洞-中子星（BHNS）双星系统GW 200105和GW 200115合并的引力波（GW）。未检测到符合的电磁（EM）对应物。虽然在这两个系统的质量比和BH自旋不足以潮汐中断的BH事件视界外的NS，其他的，电磁辐射的磁层机制存在于这个制度，并敏感地依赖于NS的磁场强度。结合GW的测量与EM通量上限，我们把上限的NS表面磁场强度以上的磁层发射模型会产生一个可观察到的EM对应。我们考虑由黑洞电池机制供电的火球模型，其中能量以伽马射线的形式输出超过$\lesssim1$ ~秒。Fermi-GBM或INTEGRAL SPI-ACS未检测到的一致性将NS表面磁场限制为$\lesssim10^{15}$ ~G。因此，联合GW检测和EM上限排除了理论上的可能性，即GW 200105和GW 200115中的NS以及GW 190814中的假定NS保留$\gtrsim10^{15}$ ~G偶极磁场直到合并。他们还排除了强磁化磁星快速与BH合并的形成场景。我们也可以排除BH电池供电的火球机制在这些系统中的操作。这是BHNS系统中NS磁场的第一个多信使约束，也是NS演化中探测场的一种新方法。这表明了约束力，BHNS合并的多信使分析BHNS形成的情况下，在NS的磁场演化，和BHNS磁层相互作用的物理。
2021-12-03 astro-ph.HE gr-qc
Tidal Disruption Events by Compact Supermassive Black Hole Binaries
恒星可能会被超大质量黑洞双星潮汐摧毁或吞噬。利用大量精确的少体模拟，我们研究了硬超大质量黑洞双星对完全和部分破裂以及直接俘获事件的增强和抑制，主黑洞质量（$10^{5}-10^{8}M_{\odot}$）、双星质量比（$10^{-3}-1$）、双星半长轴与硬化半径之比（$10^{-4}-1$）、双星偏心率（$0.0-0.9$）和恒星质量（$0.3-3M_{\odot}$）。这是一个显着的扩展参数空间相比，以前的工作。我们发现，所有三个事件的遭遇概率很好地描述了遭遇横截面，这是成比例的近心距离。相对于单个黑洞，超大质量黑洞双星的完全破裂概率可以增加$40-50$的1倍或抑制$10$的1倍，这取决于双星的参数。相对论效应对于主黑洞质量$\leq 10^{7}M_{\odot}$并不重要，但是对于更高的主黑洞质量，相对论效应可以提供小于$2-3$的因子的完全破裂概率的额外增强。给出了适用于宽参数范围的硬超大质量黑洞双星完全破裂概率的拟合公式。我们还发现，部分中断事件可以发生多次完全中断或直接捕获之前，其概率可以大于完全中断事件的三倍。由于部分破裂事件可以引起恒星自旋和质量损失并改变轨道，因此它可以显着影响整体完全破裂事件率和光变曲线的形状。
2022-08-02 astro-ph.HE
The role of mass transfer and common envelope evolution in the formation of merging binary black holes
随着观测到的合并双星黑洞（BH）数量的增长，需要精确的模型来解开多个形成通道。在孤立双星模型中，质量传递（MT）和共同包络（CE）演化的稳定性仍然存在重要的不确定性。为了研究其中的一些不确定性，我们计算了使用MESA的$30M_\odot$，低金属量（$Z_\odot/10$）与BH伴星的模拟。我们开发了一个处方来计算MT率，包括可能的流出外拉格朗日点，和一种方法，以自洽地确定CE演化的情况下的核心包络边界。我们发现，二进制生存CE只有当不稳定的MT发生后，形成的深对流信封，导致在一个狭窄的范围（0.2德克斯）的信封弹射期间。与辐射包层开始相互作用的所有情况都具有较大的结合能（$\sim 10^{50}$ erg），并且即使假设包层的所有内部和复合能量以及来自内螺旋的能量都用于喷射，也会在CE期间合并。这是独立的核心氦点火的捐助者，在此条件下，各种快速人口合成计算假设成功的喷射是可能的。此外，我们发现，不稳定的临界质量比是这样的，为$\sim 1-1000$天之间的时期合并二进制BH可以通过稳定的MT形成。这些系统的很大一部分溢出的L $_2$等势，在这种情况下，我们发现稳定的MT产生合并的二进制BH，即使在极端的假设质量和角动量外流。我们的结论仅限于一个捐助者的明星的研究，但建议人口合成计算高估了合并二进制BH CE进化产生的形成率，稳定的MT可以占主导地位的速度从孤立的二进制。
2021-03-16 astro-ph.HE astro-ph.SR
Long-term Evolution of Tightly-Packed Stellar Black Holes in AGN Disks: Formation of Merging Black-Hole Binaries via Close Encounters
本文研究了两个或多个恒星黑洞（BH）围绕超大质量黑洞（SMBH）的初始分离但不稳定的圆形轨道的长期演化。这种紧密堆积的轨道结构可以自然地产生于活动星系核盘中的黑洞迁移。轨道的动力学不稳定性导致两个黑洞之间经常发生近距离相遇，在此期间，黑洞间距$r_{\rm p}$变得小于希尔半径$R_{\rm H}$。在罕见的非常近距离的相遇中（$r_{\rm p}$比$R_{\rm H}$小几个数量级），一个紧密合并的BH双星可以在引力波发射的帮助下形成。我们使用$N$ -体模拟来研究不同程度的“接近”的近距离相遇的时间演化和由此产生的二进制BH合并的属性。对于典型的“SMBH + 2 BH”系统，近距离相遇（使用$r_{\rm p} \lesssim R_{\rm H}$）的平均累积次数近似为$\propto t^{0.5}$。对于$r_{\rm p} \ll R_{\rm H}$，最小相遇间隔$r_{\rm p}$遵循线性累积分布$P(<r_{\rm p}) \propto r_{\rm p}$。从这些，我们得到一个半解析表达式的平均率的二进制捕获，导致BH合并。我们的结果表明，活动星系核盘中的密堆积黑洞可能需要很长的时间（$\gtrsim 10^7$围绕SMBH的轨道）才能经历足够近的相遇并形成一个束缚双星，尽管如果初始黑洞轨道高度对齐，这个时间可以更短。在这种情况下产生的BH双星合并总是…
2022-03-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
The formation of $30\,M_\odot$ merging black holes at solar metallicity
孤立双星中形成的黑洞的最大质量取决于恒星风和双星组件之间的相互作用。我们认为第一次完全自洽的详细恒星结构和二进制演化计算人口合成模型和一个新的，质的不同的图片出现的黑洞双星的形成，相比，研究采用快速人口合成模型。我们发现合并的双黑洞可以形成一个不可忽略的速率（$\sim 4\times10^{-7}\,M_\odot^{-1}$）在太阳的金属丰度。它们的祖先恒星初始质量为$\gtrsim 50\,M_\odot$，不会膨胀到超巨星半径，大多数情况下避免了明显的尘埃驱动或明亮的蓝色变星风。总的来说，恒星的前身星在恒星风中损失的质量较少，导致黑洞的质量与$\sim 30\,M_\odot$一样大，并且大约有一半的恒星在形成第一个黑洞之前避免了质量转移。最后，初始周期为几天的双星，其中一些可能会经历罗什叶溢出质量转移，导致温和旋转的第一个出生的黑洞，$χ_\mathrm{BH1} \lesssim 0.2$，假设有效的角动量传输。
2022-12-21 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Ultra High Energy Neutrino Event KM3-230213A as a Signal of Electroweak Vacuum Turbulence in Merging Black Hole Binaries
Manhattan University（曼哈顿大学）；CERN（欧洲核子研究中心）；New York University（纽约大学）；Javakhishvili Tbilisi State University（贾瓦希什维利第比利斯国立大学）；Andronikashvili Institute of Physics（安德罗尼卡什维利物理研究所）
针对 KM3-230213A 极高能中微子事件，提出双黑洞并合通过引力诱导电弱真空不稳定性产生真真空泡并碰撞形成微观黑洞，经 Hawking 辐射蒸发释放中微子，解释了该事件且与 IceCube 数据相符。
2025-11-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Observability of dynamical tides in merging eccentric neutron star binaries
本文通过后牛顿数值模拟和解析随机模型研究动力学潮汐对偏心中子星双星轨道演化的影响，发现其可在引力波信号中产生可探测的相位偏移，从而独立测量中子星f模频率并可能揭示核物态方程中的强一阶相变。
2025-02-06 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
