Black Hole Gravitational Potential Enhanced Fallback Accretion onto the Nascent Lighter Compact Object: Tentative Evidence in the O3 Run Data of LIGO/Virgo
在双星系统中，主黑洞的引力势可能在增强第二次超新星爆炸中新形成的较轻致密天体的后退吸积中起重要作用。因此，致密双星的最终质量将是相关的，正如Safarzadeh \& Wysocki最近提出的那样。在这项工作中，我们分析了四个引力波事件的质量分布，其特点是一个小的质量比和低质量（$\leq 5M_\odot$）的轻组件，并找到初步的证据之间的质量相关性的对象。为了评估用即将到来的观测结果来检验这种假设的可行性，我们用模拟人口进行了模拟，并对质量分布进行了贝叶斯分层推断。我们发现，对于几十个低质量比的事件，是否存在相关性的组件质量分布或没有可以鲁棒地测试和相关性，如果它存在，可以很好地确定。
2021-11-16 astro-ph.HE
Merger rate density of binary black holes formed in open clusters
利用引力波探测器观测到了几个双黑洞。对于BBH的形成机制，提出了两种主要机制：孤立双星演化机制和致密星团动力学形成机制。未来的观测有望提供更多关于BBH分布的信息，这将有助于我们区分这两种形成机制。对于星团通道，主要研究了球状星团。然而，最近的模拟表明，在疏散星团中BBH的形成是不可忽略的。利用我们对四种不同金属丰度的疏散星团进行的$N$ -体模拟结果，我们估算了源自疏散星团的BBH的局部合并率密度。我们发现，每个集群的合并率是最高的0.1太阳金属丰度模型。假设宇宙恒星的形成历史和金属丰度演化与色散，我们估计的本地合并率密度的BBH起源于疏散星团是$\sim 70~{\rm yr}^{-1} {\rm Gpc}^{-3}$。这个数值与LIGO和Virgo的第一次和第二次观测所预期的合并率密度相当。此外，我们发现，从我们的模拟得到的BBH合并可以重现的原始质量和质量比的分布合并BBH估计从LIGO和Virgo观测。
2020-05-20 astro-ph.HE
Constraining hierarchical mergers of binary black holes detectable with LIGO-Virgo
LIGO和Virgo探测到的大多数双黑洞（BBH）合并可以用恒星坍缩形成的第一代合并来解释，而其他的可能来自第二代（或更高）合并，即分层合并，其中至少有一个黑洞（BH）是前一次合并的残留物。等级合并发生的一个主要条件是残留的黑洞可以被宿主星团保留。我们提出了一个简单的公式来估计星团中的等级合并率。我们发现后者是成比例的保留概率。此外，我们还发现，在核星团（NSC）中，BBH合并的$\sim 2\%$可能是等级合并，而在球状星团（GC）中，这一比例仅为百分之零点几。然而，在GC和NSCs中的层级合并率大致相同，即$\sim {\mathcal O(10^{-2})}~{\rm Gpc^{-3}~yr^{-1}}$，因为GC中的总BBH合并率大于NSCs。这表明，如果LIGO-Virgo探测到的引力波事件被确定为分层合并，那么这种合并同样可能来自GC或NSC。
2022-10-30 astro-ph.HE
Spin of LIGO/VIRGO merging black holes as the result of binary evolution
最近发现的引力波爆发提供了一个很好的机会，以验证目前的看法，近距离双星的演化。现代的星族合成计算机程序有助于研究从两颗主序星到致密残骸形成的演化过程。为了计算黑洞（BH）合并的前身的演化，我们使用了“场景机器”代码。该模型描述了BH+BH并合系统的演化过程，表明了现代双星演化模型和基于该模型的星族合成模型的合理性，讨论了BH并合中可能的自旋值，并给出了BH并合中BH分量自旋值不同的论据（低旋转+低旋转，低旋转+高旋转，高旋转+高旋转）。我们预测，$\geq 50\%$ BH合并起源于孤立的二元演化应具有自旋的BH接近零（低自旋+低自旋）。高达$\approx$ 10%的黑洞并合能够由两个自旋接近1（高自旋+高自旋）的黑洞组成，这样的双星的前身可能是两个伽马射线暴的源。自旋接近1的黑洞可能是由一颗快速旋转恒星坍缩形成的两个黑洞合并而成的，这两个黑洞伴随着一个长伽马射线暴和/或一个引力波爆发，与两个黑洞残余的双星合并相比，其能量较小。
2018-11-06 astro-ph.HE
The gravitational collapse of the dust toward the newly formed rotating black holes in Kerr and 4-D Einstein-Gauss-Bonnet Gravities
本研究在广义引力与4维Einstein-Gauss-Bonnet引力框架下，通过含相对论流体力学的数值模拟，探究黑洞自转参数与EGB耦合常数对尘埃向新生旋转黑洞坍缩的曲率效应、吸积盘动力学及吸积率的影响。
2023-12-17 astro-ph.HE gr-qc
Illuminating Black Hole Binary Formation Channels with Spins in Advanced LIGO
最近发现的双星黑洞合并GW 150914和GW 151226开创了引力波天文学领域。对于这些来源提出的两个主要形成通道，即银河场中的孤立双星演化和致密星团中的动力学形成，预测的质量和合并率显着重叠，使任何仅依赖测量质量的天体物理学主张变得复杂。在这里，我们研究的分布自旋轨道失调预计从外地和密集的星团的双星。在黑洞出生踢的标准假设下，我们发现，类似于GW150914的黑洞双星可以形成显着的自旋轨道错位，只有通过动力学过程。特别是，这些重黑洞双星只能形成一个显着的自旋轨道反对齐的动力学通道。我们的研究结果表明，未来的检测合并黑洞二进制可测量的自旋将使我们能够确定这些系统的主要形成渠道。
2016-11-02 astro-ph.HE
The branching ratio of LIGO binary black holes
引力波（GW）观测发现的双黑洞（BBH）的形成大致可以分为两类：通过场双演化形成的BBH和在致密恒星系统中动态组装形成的BBH。BBH的分支比是指每个通道的贡献。动态组装通道将预测BBH的有效自旋的对称分布，而场形成预测BBH具有正的有效自旋。通过对这两个群体的有效自旋分布进行建模，我们发现在LIGO/Virgo探测到的10个BBH中，动态组装BBH的贡献大于50%，置信度为90%。这个结果是基于这样的假设，即场双星出生时具有正的有效自旋，而不限于具有小的值。
2020-03-05 astro-ph.HE gr-qc
Evidence for primordial black hole dark matter from LIGO/Virgo merger rates
到目前为止，LIGO/Virgo合作已经观测到或限制了不同类别紧凑物体的引力合并率。我们认为，这些合并的大部分是原始黑洞（PBH）合并的PBH在QCD时代形成的整个暗物质的可能性。在一篇配套论文中表明，由于在早期宇宙中形成的初始二元人口的合并可能是可以忽略不计的，我们计算了典型PBH所在的PBH集群中当前的合并率。我们考虑两种情况：（i）由QCD状态方程决定的PBH质量函数和（ii）由暴胀微扰谱中存在的峰决定的PBH质量函数。在第一种情况下，这基本上是参数免费的，我们很好地再现了合并率重黑洞，合并率的质量不对称的黑洞，如GW 190814，最近发现的合并的23 $M_{\odot}$黑洞与$2.6M_{\odot}$对象，可以自然地解释为什么LIGO/处女座尚未观察到合并的两个轻PBH从占主导地位的$\sim 1\,M_{\odot}$ PBH人口。在第二种情况下，它有一些参数的自由，我们很好地匹配所观察到的重PBH的速率，但目前不能解释质量不对称事件的速率。无论哪种情况，在这两种情况下，用最少的假设得出的PBH合并率与LIGO/Virgo观测到的大多数合并率非常匹配，这是诱人的。
2020-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Tidal Disruptions of Stars by Binary Black Holes: Modifying the Spin Magnitudes and Directions of LIGO Sources in Dense Stellar Environments
二元黑洞（BBH）似乎分布广泛，并且能够通过发射引力波合并，正如最近LIGO所说明的那样。BBH的自旋是LIGO可以从引力波信号中推断出的参数之一，可以用来限制它们的产生地点。如果BBH聚集在星团中，它们很可能与恒星相互作用，这可能偶尔导致潮汐破坏事件（TDE）。当黑洞潮汐瓦解恒星时，它可以吸积相当大一部分碎片，有效地改变黑洞的自旋。因此，虽然动态形成的BBH预计有随机的自旋方向，潮汐恒星的相互作用可以显着改变其出生自旋的方向和幅度。在这里，我们调查如何TDE BBH可以影响BH成员的属性，以及探索所产生的电磁签名的特性。我们进行流体动力学模拟与拉格朗日光滑粒子流体动力学代码的广泛的代表性的潮汐相互作用。我们发现，这两个自旋幅度和方向可以改变和暂时对齐或反对齐通过吸积的恒星碎片，具有显着的依赖于被破坏的恒星和BBH成员的质量比。这些潮汐相互作用以非常高的吸积速率向BBH提供物质，并有可能发射相对论性喷流。对应的波束发射是对否则静止的BBH的信标。
2018-12-03 astro-ph.HE
Constraining the fraction of binary black holes formed in isolation and young star clusters with gravitational-wave data
在先进的LIGO和Virgo的前两次观测运行中，已经发现了10个双黑洞合并，预计在不久的将来还会发现更多。这为引力波天文学更好地约束黑洞双星的性质提供了可能性，不仅是作为单一来源，而且是作为整个天体物理群体。在本文中，我们解决的问题，使用引力波测量，以估计合并的黑洞的比例，无论是通过孤立的双星或双星演化的年轻星团。为此，我们使用贝叶斯分层建模方法适用于目录合并二进制黑洞使用国家的最先进的人口合成和N体代码。特别是，我们表明，虽然目前先进的LIGO/室女座观测只温和地约束两个形成通道之间的混合分数$f \in [0,1]$，我们希望缩小$f$的分数误差到$10-20\%$后，几百个检测。
2020-05-14 astro-ph.HE gr-qc
Primordial Black Hole Dark Matter and the LIGO/Virgo observations
到目前为止，LIGO/Virgo合作已经通过引力辐射的发射探测到了十个黑洞双星的合并。这些黑洞在宇宙QCD时期形成并构成所有宇宙暗物质的假设，已经被许多作者拒绝，理由是，在其他约束条件中，原始黑洞（PBH）暗物质将导致比观测到的大几个数量级的合并率。我们重新审视目前的PBH合并率的计算方法。太阳质量的PBH在相当高的红移处形成星团，在较低的红移处蒸发。我们详细考虑了由于三体之间的相互作用的两个PBH的二进制成员和第三个旁路PBH，在这样的集群的二进制属性的演变，为第一次，通过充分的数值积分。蒙特卡洛分析表明，由于这种相互作用，以前预测的合并率降低了几个数量级。在QCD时期形成的PBH暗物质的自然预测产生了一个明显的峰值周围的$1M_{\odot}$与小质量分数的PBH的肩膀上的$30M_{\odot}$，由QCD时期的状态方程确定。我们利用这一事实，使一个尝试性的预测合并率的$\sim 30M_{\odot}$ PBH的二进制文件，并发现它非常接近LIGO/Virgo确定。此外，我们表明，目前的LIGO/室女座的$\sim M_{\odot}$双星的存在限制不排除QCD PBH，使所有的宇宙暗物质。也没有约束QCD PBH从随机引力背景，预重组吸积，或矮星系构成的问题。QCD PBH的微透镜约束应该重新研究。然而，我们警告说，在这个数字上具有挑战性的问题，一些可能相关的影响无法处理…
2020-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Searching for Eccentricity: Signatures of Dynamical Formation in the First Gravitational-Wave Transient Catalogue of LIGO and Virgo
二元黑洞被认为主要通过两种途径形成：孤立演化和动力学形成。二元黑洞系统的质量、自旋和偏心率为它的形成历史提供了线索。我们专注于偏心率，这可能是一个签名的动力形成。采用自旋对齐偏心波形模型SEOBNRE，对LIGO和Virgo的第一个引力波瞬变星表中的双黑洞合并事件进行了贝叶斯推断.我们发现，所有这些事件都符合零偏心率。我们设定的偏心率上限范围为0.02至0.05，置信度为90%，参考频率为10 Hz。这些上限并没有明显限制在球状星团中动态形成的LIGO-Virgo事件的比例，因为预计只有约5%的事件会合并到可测量的偏心率。然而，随着引力波瞬时目录将在未来几个月内急剧扩大，可能很快就有可能使用偏心率测量来显着限制发生在球状星团中的合并比例。
2019-10-17 astro-ph.HE astro-ph.IM
Black Hole Mergers From Globular Clusters Observable by LISA II: Resolved Eccentric Sources and the Gravitational Wave Background
在本系列的第一篇论文中，我们证明了在球状星团中通过动力学相互作用形成的大部分双黑洞（BBH）合并在~10^{-3}-10 ^{-1} Hz的LISA波段具有显著的偏心率。在这项工作中，我们通过LISA和LIGO波段量化这些高偏心双星的演化，并计算合并，偏心人口的随机引力波背景。我们发现，人口的BBH合并之间的三体相遇在他们的集群（约50%的所有集群形成的BBH合并）将有可测量的偏心率为他们的整个生命周期中的LISA带。在三体相遇过程中合并的BBH的数量（约占所有集群形成的BBH合并的5%）将被LIGO检测到，偏心率为e~0.1。动态组装的BBH的引力波背景由于这些系统的高初始偏心率而编码了特征性的颠簸。这个隆起的位置和幅度取决于球状星团的性质。
2018-10-17 astro-ph.HE
Interpreting LIGO/Virgo "Mass-Gap" events as lensed Neutron Star-Black Hole binaries
引力透镜效应可以探测到宇宙学距离上的双黑洞（BBH），其啁啾质量似乎在$1<z<4$范围内被$1+z$增强，与已报道的BBH质量吻合得很好。我们认为这种效应也解释了LIGO/Virgo新报道的令人困惑的“质量间隙”事件（MG），即与$1<z<4$有关的遥远的透镜NSBH事件。中子星成员的拟合质量成为$(1+z)\times 1.4M_\odot$，因此被错误地归类为低质量黑洞。用这种方法，我们得到了两个新报道的“质量不对称”事件GW 190412\和GW 190814的$z\simeq 3.5$和$z\simeq 1.0$的红移，通过解释它们作为透镜NSBH事件，包括恒星质量的黑洞和中子星。在过去的一年中，额外的31个BBH事件和5个MG事件已被报告的高概率（$>95\%$），从我们推断的一个因素$\simeq 5$更高的内禀率的NSBH事件比BBH事件，反映了较高比例的中子星形成的早期恒星形成。我们预测一个独特的轨迹透镜NSBH事件中观察到的二元质量平面，跨越$1<z<4$与一个狭窄的质量比，$q \simeq 0.2$，可以很容易地测试时，波形数据被解锁。所有这些事件可能会显示中断NS发射，值得及时跟进，因为高透镜放大率意味着EM检测并不禁止，尽管我们预测的高红移。这种透镜NSBH事件提供了一个令人兴奋的前景，直接绘制历史的合并双星通过宇宙学红移的波形，确定相对于中子星成员的特…
2020-06-24 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
On the origin of GW190425
LIGO/Virgo合作最近宣布探测到一个可能的双中子星合并，GW 190425。GW 190425的总质量比射电天文学已知的银河系双中子星的质量要大得多。这表明GW 190425的形成与银河系双中子星不同。我们假设GW 190425是通过不稳定的“BB壳”质量转移形成的。根据这一假说，GW 190425的前身是一个由中子星和${\sim} 4-5 {M_\odot}$氦星组成的双星，它们经历了一个共同的包层过程。在氦星核心的超新星爆发之后，形成了一颗紧密的、偏心的双中子星，并在${\lesssim}$ 1000万年前合并。氦恒星的前身可能解释了GW 190425异常大的质量，而合并的时间短可能解释了为什么我们在无线电中没有看到类似的系统。为了验证这一假设，我们使用公开的LIGO/Virgo数据测量了GW 190425的偏心率。我们将10 Hz时的偏心率约束为具有$90\%$置信度的$e \leq 0.007$。这一结果没有提供支持或反对不稳定质量转移方案的证据，因为二元体在进入LIGO/Virgo带时可能已经环化成$e\lesssim10^{-4}$。未来的探测器工作在较低的频段将使我们能够辨别形成通道的合并类似于GW 190425使用偏心测量。
2020-07-07 astro-ph.HE gr-qc
A trend in the effective spin distribution of LIGO binary black holes with mass
引力波（GW）观测发现的双黑洞（BBH）可大致分为两种形成通道：通过场双演化形成的通道和在致密恒星系统中动态聚集形成的通道。这些形成通道中的每一个及其子通道在有效自旋质量（$χ_{\rm eff}-M$）平面中占据不同的区域。根据不同通道的分支比，BBH的集合可以在该平面中显示出趋势。在这里，我们拟合了$χ_{\rm eff}$的质量依赖分布的GWTC-1 BBH从先进的LIGO和先进的处女座的第一次和第二次观测运行。在75%和80%置信度下，质量与平均有效自旋（$\barχ_{\mathrm{eff}}$）呈负相关，与平均有效自旋的色散（$σ_{χ_\mathrm{eff}}$）呈正相关。这种趋势对质量变量的选择是稳健的，但当质量变量被认为是二进制啁啾质量时，这种趋势最为明显。这一结果与GWTC-1星表中动态组装和现场二进制的重要贡献是一致的。即将发布的LIGO O3 a数据将严格测试这一解释。
2020-03-09 astro-ph.HE gr-qc
Fast neutrino flavor conversion, ejecta properties, and nucleosynthesis in newly-formed hypermassive remnants of neutron-star mergers
在两颗中子星并合过程中所释放的中微子会影响流出喷出物的动力学和重元素的核合成。在这项工作中，我们分析的中微子发射特性和条件导致的味道不稳定性的增长合并残留物组成的超大质量中子星和吸积盘在合并后的第一个10毫秒。分析是基于流体动力学模拟，其中包括通过“改进的泄漏平衡吸收计划”（ILEAS）的中微子发射和吸收效应的建模。我们还研究了核合成的重元素通过快速中子捕获过程（r-过程）内的材料在此阶段期间喷出。从合并残余物的$\barν_e$超过$ν_e$的主导发射导致中微子的快速成对味道转换的发生的有利条件，独立于所选择的状态方程或二进制的质量比。核合成结果是非常稳健的，范围从第一个到第三个r-过程峰。特别是，超过$10^{-5}$ $M_\odot$的锶在这些早期喷出物中产生，这可能是GW 170817千诺瓦观测的原因。我们发现，含有自由中子的喷出物的量后，$r$过程冻结，这可能是权力的早期紫外线发射，减少了约10倍时，模拟不包括弱相互作用。最后，所有中微子味之间的潜在味均分主要是发现影响核合成的结果在极性喷出物内$\lesssim 30^\circ$，通过改变产生的铁峰和第一峰核的量，但它不改变其中的镧系元素的质量分数。
2020-11-13 astro-ph.HE
Electromagnetic Counterparts to Black Hole Mergers Detected by LIGO
恒星质量黑洞（BH）的合并，如LIGO观测到的GW 150914，预计不会有电磁对应物。然而，费米GBM探测器在引力波（GW）信号GW 150914后0.4秒识别出伽马射线瞬变，并具有一致的天空定位。我表明，这两个信号可能是相关的，如果由LIGO检测到的BH二进制起源于两个块在一个哑铃形配置，形成时，一个快速旋转的大质量恒星的核心崩溃。在这种情况下，BH双星合并之后是一个伽马射线暴（GRB），它来自于残留BH周围的吸积流。未来对伽玛射线暴余辉的探测可以用来确定源的红移和精确定位。一群具有GRB红移的标准GW塞壬将为精确测量宇宙学距离作为红移的函数提供一种新的方法。
2016-02-22 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Evidence for hierarchical black hole mergers in the second LIGO--Virgo gravitational-wave catalog
我们研究了第二个LIGO-Virgo引力波瞬变星表中合并的双黑洞的布居性质，假设它们都是在引力束缚的星系团中动态形成的。使用唯象的人口模型，我们推断的质量和自旋分布的第一代黑洞，而自洽占层次合并。考虑到一系列的集群质量，我们看到了令人信服的证据，在逃逸速度$\gtrsim 100~\mathrm{km\,s^{-1}}$集群的层次合并。对于我们最可能的集群质量，我们发现目录包含至少一个第二代合并$99\%$的信誉。我们发现，分层模型是首选的替代模型没有分层合并（贝叶斯因子$\mathcal{B} > 1400$）和GW 190521是有利于包含两个第二代黑洞与赔率$\mathcal{O}>700$，和GW 190519，GW 190602，GW 190620，和GW 190706是混合代双星与$\mathcal{O} > 10$。然而，我们的研究结果强烈依赖于集群逃逸速度，更温和的证据时，逃逸速度为$\lesssim 100~\mathrm{km\,s^{-1}}$的层次合并。假设所有的双黑洞都是在球状星团中动态形成的，逃逸速度在几十个$\mathrm{km\,s^{-1}}$的数量级上，那么GW 190519和GW 190521很可能包含一个几率为$\mathcal{O}>1$的第二代黑洞。在这种情况下，我们发现，$99\%$的黑洞从推断的总人口的质量小于$49\,M_{\odo…
2021-07-22 astro-ph.HE gr-qc
Spin distribution of binary black holes formed in open clusters
我们对四种不同金属丰度的疏散星团进行了直接N体模拟。为了研究起源于这些疏散星团的并合双星黑洞（BBH）的有效自旋，我们计算了Wolf-Rayet（WR）星及其近伴星（BBH祖星）的自旋演化，考虑了WR星的星风质量损失和潮汐自旋上升.我们发现，BBH祖较小的半长轴演变为合并BBH更大的有效自旋，因为强大的潮汐力。在本机宇宙中，约16%的合并黑洞的有效自旋大于0.1，即使黑洞和它们的祖先除了伴星施加的潮汐力之外没有自旋角动量。如果我们假设WR星在公共包络相位之后具有平坦和各向同性的无量纲自旋分布，则合并BBH的有效自旋分布与LIGO和Virgo的引力波观测结果相似。
2021-02-18 astro-ph.HE
Using spin to understand the formation of LIGO's black holes
随着迄今为止先进LIGO探测器对四个候选双星黑洞（BBH）合并的探测，为了更好地理解这些系统的形成，限制BBH合并种群的属性变得可能。黑洞（BH）的自旋方向是形成历史的最干净的鉴别器之一，在稠密的恒星环境中动态形成的双星中的BH预计具有各向同性分布的自旋，与孤立的人口相反，恒星演化预计会诱导BH自旋优先与轨道角动量对齐。在这项工作中，我们提出了一个简单的，模型不可知的方法来表征自旋性质的LIGO的BBH人口。使用测量的有效自旋的二进制文件，这是LIGO的最佳约束自旋参数，我们引入了一个简单的参数来量化的人口是各向同性分布的分数，无论人口的自旋幅度分布。一旦人口的取向特性已经确定，我们展示了如何测量有效自旋可以用来直接约束底层BH自旋幅度分布。虽然我们发现目前大多数有效的自旋测量值都太小而无法提供信息，但对于LIGO的四个BBH候选者，我们发现具有对齐自旋的底层人口略优于具有各向同性自旋的人口（优势比为1.1）。我们认为，这将是有可能区分对称和反对称人口在高置信度与数十个额外的检测，虽然混合人口可能需要更多的检测解开。我们还推导出初步的自旋大小分布LIGO的黑洞，假设对齐或各向同性的人口。
2017-09-22 astro-ph.HE gr-qc
IGR J17091-3624: Newly Formed Periodic Dips and Multiwavelength Activity During the 2025 Outburst
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；Xiamen University（厦门大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Sun Yat-sen University（中山大学）；National Astronomical Research Institute of Thailand（泰国国家天文研究所）；Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA)（天体物理学交叉探索与研究中心）；Beijing Normal University（北京师范大学）；University of Southampton（南安普顿大学）；New Cornerstone Science Laboratory, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台新基石科学实验室）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Millennium Institute of Astrophysics（智利天体物理千年研究所）
IGR J17091-3624在2025次级爆发期间观测到周期性X射线dips，表明供体星可能偏离主序演化路径。
2025-12-19 astro-ph.HE
The chemically homogeneous evolutionary channel for binary black hole mergers: rates and properties of gravitational-wave events detectable by advanced LIGO
我们探索的预测可检测的引力波信号合并的二元黑洞形成通过化学均匀的大质量短周期恒星双星演化。我们发现，每年的$\sim 500$事件可以检测到先进的地面探测器在全灵敏度操作。我们分析了可检测事件的分布，并得出结论，有一个非常强烈的偏好检测事件几乎相等的组件（质量比$>0.66$在90\%的置信度在我们的默认模型）和高质量（总源帧质量之间的$57$和$103\, M_\odot$在90\%的置信度）。我们考虑了多个替代变量来分析演化物理学和宇宙学参数对不确定性的敏感性，并得出结论，虽然速率对假设的变化敏感，但质量分布是稳健的预测。最后，我们考虑了最近报道的O1 LIGO（激光干涉仪引力波天文台）观测运行前16个双重合日的分析结果，发现该形成通道与GW 150914二元黑洞探测的推断参数和推断的合并率完全一致。
2016-06-06 astro-ph.HE astro-ph.SR
Explaining LIGO's observations via isolated binary evolution with natal kicks
我们比较二进制演化模型与不同的假设黑洞出生踢的第一个引力波观测LIGO探测器进行。我们的比较试图调和合并率，质量，自旋和自旋轨道错位的所有当前的观测与国家的最先进的形成方案的二元黑洞形成孤立。我们估计，黑洞（BH）应该接受出生踢的顺序$σ\simeq 200$（50）公里/秒，如果潮汐过程不重新调整恒星的自旋。我们的估计是由两个简单的因素驱动的。出生反冲离差$σ$是从上方限定的，因为大反冲破坏了太多的双星（将合并率降低到观测值以下）。相反，出生踢分布是有界的，因为适度的踢需要产生一系列的自旋轨道错位。如果所有的黑洞都可能有出生自旋，那么错位的分布增加了我们的模型与LIGO观测的兼容性。与采用具体BH出生自旋处方的相关工作不同，我们探索了一系列可能的BH出生自旋分布。在我们的模型的上下文中，对于这里使用的所有$σ$的选择，以及在一个简单的基准参数化自旋分布的上下文中，观测结果有利于低BH出生自旋。
2018-06-20 astro-ph.HE gr-qc
The Formation of Stellar Black Holes
一般认为恒星黑洞（BH）可以通过两种不同的方式形成：一种是大质量恒星直接坍缩成BH而不发生超新星（SN）爆炸，另一种是原中子星发生爆炸，但能量太低，无法完全解开恒星包层，大部分能量落回短命的中子星（NS），导致BH延迟形成。理论模型设定了BH形成的内爆，即完全或几乎完全崩溃的祖质量，但观测证据一直难以捉摸。这里回顾了对没有大的出生踢的内爆形成的BH的观测见解：（1）五个银河系BH X射线双星（BH-XRB）在三维空间中的运动学;（2）对在黑暗中坍缩的大质量恒星的光学和红外观测的多样性，没有明亮的SN爆炸，可能导致BH的形成;（3）LIGO探测到的恒星黑洞合并产生的引力波的来源。从这些不同的观测天体物理学领域获得的BH形成的多个迹象表明，没有大量的物质喷射，没有出生踢，以及最近的观测确认BH形成对金属丰度和红移的预期依赖性，与从LIGO首次探测推断的二元黑洞（BBH）的高合并率定性一致。
2017-04-24 astro-ph.HE
A Common Origin for Low Mass Ratio Events Observed by LIGO and Virgo in the First Half of the Third Observing Run
在第三次观测运行中，LIGO/Virgo合作宣布了一个潜在的中子星-黑洞（NSBH）合并候选者，GW 190426_152155。这两个事件与GW 190814一起，属于一类二次质量小于$3 \, M_{\odot}$的双星。虽然GW190426_152155的次级系统与质量为$1.5^{+0.8}_{-0.5} \, M_{\odot}$的中子星一致，但GW 190814的次级系统是一个$2.59^{+0.08}_{-0.09} \, M_{\odot}$天体，并被视为第一个确认检测到的质量间隙天体。在这里，我们认为，这两个事件可能有一个共同的起源如下：都是作为NSBH系统形成的，但是，较大的逃逸速度的一个系统，更大质量的主要BH增加了从超新星爆炸导致形成的NS的喷出物材料的结合分数。这种束缚的物质形成了一个盘，它优先吸积在NS上。该方案预测次要组件质量应与主要组件质量相关，这与GW 190426_152155和GW 190814一致。如果这一假设被即将到来的观测所证实，那么在推断它们的全局特征时，GW 190814类事件可以从二元黑洞种群中排除。
2021-01-06 astro-ph.HE gr-qc
On the Gravitational Wave Background from Black Hole Binaries after the First LIGO Detections
LIGO合作组对双黑洞合并产生的引力波的探测为天体物理学打开了一扇新的窗口。随着地面探测器的灵敏度在未来几年，我们只能检测到本地黑洞二进制合并。积分合并率可以通过引力波背景来探测，引力波背景是双黑洞合并过程中引力波释放的能量的非相干叠加。通过这一点，可以研究二元黑洞的性质。在这项工作中，我们表明，通过测量能量密度$Ω_{GW}$（宇宙临界密度的单位）的引力波背景，我们可以寻找罕见的$\sim 100 M_{\odot}$大质量黑洞形成的宇宙。此外，我们可以回答质量最小的黑洞形成的频率有多高，质量为$> 3 M_{\odot}$。最后，如果双黑洞的形成有多个通道，并且其中任何一个通道预测了黑洞的质量范围很窄，那么引力波背景谱可能具有未来爱因斯坦望远镜可以检测到的特征。
2017-04-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Searching for a subpopulation of primordial black holes in LIGO/Virgo gravitational-wave data
迄今为止，LIGO/Virgo探测到了几十个双黑洞事件，预计未来几年还会有更多的双黑洞事件，引力波天文学正在从单个事件分析转向群体研究。使用GWTC-2目录，我们进行了分层贝叶斯分析，第一次结合了几个国家的最先进的天体物理形成模型与人口的原始黑洞（PBH）和约束的一个假定的子人口PBH的数据的分数。我们发现，这一部分显着依赖于一套假设的天体物理模型。虽然原始人口统计上有利于某些竞争性的天体物理通道，如球状星团和核星团，一个占主导地位的贡献，从稳定的质量转移孤立的形成通道大大减少了对PBH的需要，除了解释像GW 190521的质量间隙事件的速率。膨胀后形成的黑洞对LIGO/Virgo观测有贡献的诱人可能性只能通过进一步减少天体物理和原始形成模型的不确定性来验证，并且最终可能由第三代干涉仪证实。
2022-05-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
On the dynamics of the torus around the kicked black hole
由于超大质量黑洞双星合并在气体盘内，因此人们特别感兴趣的是了解在新形成的黑洞周围产生的吸积盘的动力学性质。新形成的黑洞将具有高达数千公里/秒的反冲速度，该速度驱动黑洞周围新吸积的环面的扰动。在活动星系核（AGN）中心观测到的一些超大质量黑洞相对于其更宽的吸积盘以一定的速度运动。本文利用广义相对论流体动力学程序研究了被踢黑洞对无限薄吸积环面的影响，着重研究了吸积盘-黑洞相互作用过程中吸积盘动力学的变化。我们发现，非轴对称的整体模m=1的不均匀性，这将导致螺旋波结构，被激发的环面由于踢黑洞。被踢出的黑洞产生的扰动速度越高，环面达到饱和点所需的时间就越长。在数值模拟中还观察到产生的螺旋密度波迅速演化为螺旋激波。螺旋激波负责向黑洞吸积物质。首先，在黑洞周围发展出螺旋波结构，通过螺旋臂的吸积停止。在模拟的后期，螺旋激波的形成部分地导致了环面上的角动量损失。
2021-12-13 astro-ph.HE
Implications of the low binary black hole aligned spins observed by LIGO
我们探讨了在Advanced~LIGO~O1运行在双黑洞（BBH）~合并场景中观察到的低自旋与轨道轴对齐的含义，其中合并的BBH是从场双星演化而来的。聚并时间决定了BBH的初始轨道分离。这反过来又决定了恒星在坍缩之前是否同步，从而决定了它们的投影自旋。短的聚结时间意味着同步和大的自旋。在已知的恒星天体中，Wolf-Rayet~（WR）星似乎是唯一与LIGO~O1观测到的低排列自旋一致的祖先，前提是轨道轴在坍缩期间保持其方向。计算了局域宇宙中BBH并合的自旋分布和WR前身核的红移演化。假设BBH的形成率峰值附近的红移$\sim 2\,$-$\,3$，我们表明，BBH合并在本地宇宙中占主导地位的低自旋事件。在红移为$\sim0.5\,$-$\,1.5$时，高自旋粒子数开始占优势。WR星也是长伽玛射线暴（LGRB）的祖先，其发生速率与BBH合并相当。我们讨论这两种现象之间的可能联系。此外，我们还证明了假设的星族~III恒星祖先也是可能的。虽然WR和Population~III的祖先与目前的数据是一致的，这两个模型预测的高对齐自旋BBH合并的非零分数。如果在即将到来的LIGO/Virgo运行中没有检测到这些，那么观察到的BBH不太可能通过现场双星形成。
2017-04-19 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
A Long-Duration Luminous Type IIn Supernova KISS15s: Strong Recombination Lines from the Inhomogeneous Ejecta-CSM Interaction Region and Hot Dust Emission from Newly Formed Dust
我们报告了在木曾超新星巡天（KISS）过程中在一个红移z=0.038的低质量恒星形成星系中发现的一颗类SN 1988 Z IIn型超新星KISS 15 s。KISS 15 s显示出长时间的光学连续谱和发射线光变曲线，表明KISS 15 s是由膨胀的喷出物和致密的星周介质（CSM）之间的持续相互作用提供动力的。H $α$发射线轮廓可以分解为四个高斯的窄，中间，蓝移中间，和广泛的速度宽度分量，与半高全宽$\lesssim 100$，$\sim 2,000$，和$\sim 14,000$ km s ${}^{-1}$的窄，中间，和广泛的组件，分别。蓝移的中间分量的存在下，其中相对于系统速度的视线速度约为$-5,000$ km s ${}^{-1}$，表明喷出物-CSM相互作用区域具有不均匀的形态和各向异性的膨胀速度。我们发现，KISS 15 s显示出不断增加的红外连续辐射，这可以解释为热尘埃热发射的$T \sim 1,200$ K从新形成的尘埃在一个冷的，致密的壳层中的喷出物CSM相互作用区域。从热光度推断出的前身质量损失率是$\dot{M} \sim 0.4 M_{\odot} \text{yr}^{-1} (v_{w}/40 \text{km}~\text{s}^{-1})$，其中$v_{w}$是前身的恒星风速度。这意味着KISS 15 s的前身是一颗红超巨星或一颗发光的蓝色变星，在…
2019-01-16 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Spin evolution modeling for a newly-formed white dwarf resulting from binary white dwarf merger
本研究通过磁流体动力学风模型，模拟双白矮星并合产物（类巨星天体）的自转演化，估算质量损失率与自转减慢时标，并应用于三个磁白矮星源，揭示其周期与初始光度及冷却时标的关系。
2025-04-25 astro-ph.HE astro-ph.SR
What can we really infer from GW 150914?
我们分析了由高级激光干涉引力波天文台（LIGO）宣布的事件GW 150914作为黑洞双星合并的引力波发射。我们表明，合并系统和新形成的克尔黑洞的参数可以提取的引力波发射的基本结果在吸气和合并阶段，没有复杂的数值模拟。我们惊人准确的估计是基于描述两种不同状态的教科书公式：1）在Landau和Lifshitz教科书中处理的二元螺旋分析，以及2）在Rees-Ruffini-Wheeler教科书中处理的粒子陷入黑洞。它强调，为了推断任何天体物理信息的质量系统的两个政权必须独立和观测约束LIGO，这似乎不是这样的。
2016-05-24 astro-ph.HE gr-qc
Precessional dynamics of black hole triples: binary mergers with near-zero effective spin
高级LIGO/Virgo探测到的二元黑洞合并没有显示出大黑洞自旋的证据。然而，由于LIGO/Virgo最好地测量了两个自旋沿轨道角动量（$χ_{\rm eff}$）的有效组合，因此很难区分具有缓慢旋转黑洞的双星和具有位于轨道平面内的自旋的双星。在这里，我们研究的自旋动力学的双星与遥远的黑洞的同伴。对于自旋最初对齐的轨道角动量的二进制，我们发现，$χ_{\rm eff}$“冻结”附近的零轨道衰减通过发射的引力波。通过人口的研究，我们表明，这一过程主要导致合并黑洞二进制接近零$χ_{\rm eff}$。我们的结论是，如果检测到的黑洞双星形成的三倍，那么这将解释它们的低$χ_{\rm eff}$，而不需要调用近零自旋或初始大的自旋轨道角。
2018-07-06 astro-ph.HE
Search for intermediate mass black hole binaries in the third observing run of Advanced LIGO and Advanced Virgo
中等质量黑洞（IMBHs）的质量范围大约为$100$-$10^5\,M_\odot$，介于恒星坍缩形成的黑洞（BH）和星系中心的超大质量黑洞之间。IMBH双星的合并是地球探测器网络可以获得的最具能量的引力波源。在Advanced LIGO和Advanced Virgo的前两次观测中，没有产生任何显著的IMBH二进制信号。在第三次观测运行（O3）中，增加的网络灵敏度使得能够检测到GW 190521，该信号与质量$\sim 150\,M_\odot\,$的二元合并一致，提供了IMBH形成的直接证据。在这里，我们报告了一个专门的搜索O3数据进一步IMBH二进制合并，结合建模（匹配滤波器）和模型独立的搜索方法。我们发现一些边缘的候选人，但没有足够的显着，以表明检测进一步IMBH合并。我们量化的灵敏度的个人搜索方法和组合搜索使用一套IMBH二进制信号通过数值相对论，包括自旋与二进制轨道轴不对准的影响，并提出了由此产生的天体物理合并率的上限。我们最严格的限制是等质量和对齐的自旋BH二进制的总质量$200\,M_\odot$和有效对齐自旋0.8在$0.056\,Gpc^{-3} yr^{-1}$（90 $\%$置信度），一个3.5的因素比以前的LIGO-Virgo限制。我们还更新了估计的合并率类似于GW 190521到$0.08\, Gpc^{-3}yr^{-1}$。
2021-05-31 astro-ph.HE gr-qc
Supernova and prompt gravitational-wave precursors to LIGO gravitational-wave sources and short-GRBs
最近通过引力波发射探测到了双黑洞和双中子星的合并，后者随后是合并后的电磁对应物，在合并后几秒钟到几周内出现。虽然理论上已经预测到合并后的电磁对应物，但很少有人提出GW源的电磁前兆，而且尚未观察到。在这里，我们表明，一小部分的${\rm a}\,{\rm few\times}10^{-4}-10^{-1}$的LIGO GW源和短伽玛暴，可能是由超新星爆炸前几年到几十年的合并。GW源中的每一个BH/NS-祖先都被认为是在超新星之后形成的，可能伴随着对新生致密天体的出生速度。演化和出生踢决定了幸存双星的轨道，因此也决定了致密双星的诞生和最终合并之间的延迟时间。我们使用的数据从二进制进化人口合成模型表明，延迟时间分布有一个不可忽略的尾巴的超短延迟时间在1-100年之间，从而产生潜在的可观察到的超新星前体GW源。此外，未来的LISA/DECIGO GW空间探测器将能够在最后合并之前的几周到几十年的合并前阶段探测GW-螺旋。因此，这些超短延迟时间源可以产生一种独特类型的迅速出现的LISA/DECIGO-GW源，伴随着\emph{coincident}超新星。档案（和/或直接）检测的前体（符合）SNe与GW和/或短伽玛暴将提供前所未有的合并双星的特点，以及他们以前的演变，通过超新星和出生踢，否则无法通过其他手段。
2017-10-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
Constraints on ultralight scalar bosons within black hole spin measurements from LIGO-Virgo's GWTC-2
如果黑洞的半径与玻色子的波长相当，那么在快速旋转的黑洞周围就可以形成超轻玻色子云--比如轴子。星云迅速从黑洞中提取角动量，并将其减少到一个特征值，该值取决于玻色子的质量以及黑洞的质量和自旋。因此，对黑洞质量和自旋的测量可以用来揭示或排除这种玻色子的存在。利用LIGO和Virgo在GWTC-2中释放的黑洞，我们同时测量了黑洞形成时的自旋分布和标量玻色子的质量。我们发现，数据强烈反对的存在的标量玻色子之间的$1.3\times10^{-13}~\mathrm{eV}$和$2.7\times10^{-13}~\mathrm{eV}$的衰变常数$f_a\gtrsim 10^{14}~\mathrm{GeV}$的质量范围。统计证据主要是由两个{二元黑洞}系统GW 190412和GW 190517驱动的，它们拥有快速旋转的黑洞。如果这两个系统在黑洞形成后不久（$\sim 10^5$年）合并，那么排除玻色子的区域就会缩小。
2021-04-17 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
2-OGC: Open Gravitational-wave Catalog of binary mergers from analysis of public Advanced LIGO and Virgo data
我们提出了第二个开放的引力波目录（2-OGC）的紧凑的二元聚并，从先进的LIGO的第一次和第二次观测运行的完整的公共数据集。我们还首次搜索了处女座天文台的公共数据。我们的搜索的灵敏度受益于更新的候选事件的排名方法，包括非平稳检测器噪声和不同的网络灵敏度的影响，在一个单独的有针对性的二进制黑洞合并搜索，我们也施加了二进制组件质量的先验分布。我们确定了一个人口的14个二元黑洞合并事件的天体物理起源的概率$> 0.5$以及二元中子星合并GW 170817。我们确认了先前报道的事件GW 170121，GW 170304和GW 170727，还报道了GW 151205，一个新的边缘双黑洞合并，其主要质量为$67^{+28}_{-17}\,\mathrm{M}_{\odot}$，可能是通过分层合并形成的。我们没有发现额外的显着的双中子星合并或中子星-黑洞合并事件。随着我们对潜在种群的理解的发展，为了更深入地跟踪，我们提供了我们全面的事件目录，包括候选者的亚阈值种群和来自30个最重要的二元黑洞候选者的参数推断的后验样本。
2020-03-02 astro-ph.HE gr-qc
How do the LIGO-Virgo-KAGRA's Heavy Black Holes Form? No evidence for core-collapse Intermediate-mass black holes in GWTC-4
Key Laboratory of Dark Matter and Space Astronomy, Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文重点实验室）；Institute for Theoretical Physics and Cosmology, Zhejiang University of Technology（浙江工业大学理论物理与宇宙学研究所）；Department of Physics, Anhui Normal University（安徽师范大学物理系）
研究基于GWTC-4目录分析双黑洞人口特性，发现高质量双黑洞无核心坍缩中等质量黑洞证据，设定90%置信上限及质量分布截断情况。
2026-05-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Predictions for reverberating spectral line from a newly formed black hole accretion disk: case of tidal disruption flares
潮汐破裂事件（TDEs）可以完美地探测正常星系中休眠的SMBH。在上升阶段，吸积体的亮度在几周内可以增加几个数量级，出射的电离辐射照亮了新鲜的吸积流。在本文中，我们模拟了预期的谱线轮廓的演变，由于这样的耀斑使用的光线追迹程序与广义相对论（GR）的影响考虑。我们发现，随时间变化的轮廓显着的黑洞自旋，相对于黑洞赤道平面的倾角，和电离前沿的膨胀速度。在低自旋值时，当倾角不小于$30^\circ$且膨胀速度$v_{\rm exp}$不小于光速的一半时，由于截断盘的发射中的阴影，线轮廓与时间的关系图中出现“环”特征。在光变曲线中，取决于倾斜角出现两个峰值。在大的$v_{\rm exp}$中，在环的前面可能形成浅的“鼻状”特征，其持续时间取决于膨胀速度和倾角。我们研究了黑洞的自旋参数从极端逆旋转到极端逆旋转的整个区间$-1<a<1$。在这种情况下，一个低能量的尾巴似乎是更明显的演变的质心能量的线。我们的研究结果表明，在TDE耀斑的早期阶段寻找X射线谱线，以约束黑洞的质量和自旋，以及最里面的吸积流的性质的重要性。
2015-05-17 astro-ph.HE gr-qc
Are LIGO's Black Holes Made From Smaller Black Holes?
一个被提出的恒星质量黑洞（BH）的形成通道是通过较小黑洞的分级合并。质量相当的黑洞之间的重复合并会在最终黑洞的自旋上留下印记，因为最终黑洞的自旋在很大程度上取决于双星的轨道角动量。我们发现，对于恒星质量BH形成等级的自旋幅度分布是普遍的，在$a \sim 0.7$和小支持$a \sim 0.5$以下的峰值。我们表明，自旋分布是强大的合并双星的质量比的变化，初始自旋分布的第一代BH，合并世代的数量。虽然我们假设初始自旋方向的各向同性分布，但优先对齐或反对齐的自旋不会定性地改变我们的结果。我们还考虑了BH形成的“集群灾难”模型，在该模型中，我们允许任意质量比的合并，并表明这种情况下预测一个独特的自旋分布，这是类似于主要专业的普遍分布。我们探索的能力，自旋测量地面引力波（GW）探测器约束层次合并的情况。我们采用分层贝叶斯混合模型模拟GW数据，并认为通过分层合并形成的BH的比例将受到$\mathcal{O}(100)$ LIGO二元黑洞检测的约束，而与$\mathcal{O}(10)$检测，我们可以伪造一个模型，其中所有组件BH形成分层。
2017-06-01 astro-ph.HE gr-qc
The distribution of tilt angles in newly born NSs: role of interior viscosity and magnetic field
研究了中子星物质的粘性对年轻中子星自旋轴和磁轴倾角分布的影响。假设NS形状是由磁致变形决定的，并且内部磁场的环向分量超过极向分量，我们证明了由体粘滞引起的进动运动的耗散可以自然地产生一个双模倾斜角分布，正如在射电/ $γ$射线天体中观察到的那样，如果内部B场为$\sim (10^{11} - 10^{15})$ ~G且出生自旋周期为$\sim 10 - 300$ ~ ms，则实现$χ\sim (20^\circ - 70^\circ)$的概率较低。作为该模型的推论，NS形状仅由极向磁场确定的想法，或由地壳离心变形引起的，与年轻恒星的倾角分布不一致。当应用到蟹状星云脉冲星，与$χ\sim 45^\circ - 70^\circ$和出生自旋$\sim$ 20毫秒，我们的模型意味着：（i）磁致椭圆率是$ε_B \gtrsim 3 \times 10^{-6}$ ;（ii）测得的正$\dotχ \sim 3.6 \times 10^{-12}$ rad s $^{-1}$需要一个额外的粘性过程，作用于一个时间尺度$\lesssim 10^4$ yrs. We解释为壳核耦合通过相互摩擦在超流NS内部。我们的模型的一个关键含义是GW信号在（两倍）的NS的自旋频率，由于$ε_B \sim 10^{-6}$。这可以通过先进的LIGO/Virgo在设计灵敏度下运行来检测。
2017-08-29 astro-ph.HE
Limits on Runaway Growth of Intermediate Mass Black Holes from Advanced LIGO
越来越多的证据表明，中等质量黑洞（IMBH）（这里定义为质量在M=500-10^5 Msun之间）存在于某些球状星团（GC）的致密中心。它们与其他IMBH或星团中的恒星BH合并产生的引力波（GW）大多以<10 Hz的频率发射，不幸的是，这是目前地面天文台如高级LIGO（aLIGO）无法达到的。尽管如此，我们表明，aLIGO测量可以用来有效地探测一个可能的形成机制的IMBHs在GC中，即一个失控的合并过程中的恒星种子BH。在这种情况下，aLIGO将对合并阶梯的较低质量梯级敏感，范围从种子BH质量到质量>~50-300 Msun，其中来自标准合并的背景预计非常低。假设这个通用的IMBH形成的情况下，我们计算的质量函数，对应于可能的合并树的限制情况。基于对GCs数密度的估计，并考虑到仪器的灵敏度，我们发现目前的观测并不能有效地限制由GCs中恒星黑洞的失控合并所形成的IMBHs的占据分数f_occ。然而，我们发现，在设计灵敏度下运行六年的aLIGO将能够在99.9%的置信水平下探测到f_occ<3%，或者找到这种形成机制的证据，或者如果含有IMBH的GC的比例更高，则需要其他证据。
2018-03-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
Signs of eccentricity in two gravitational-wave signals may indicate a sub-population of dynamically assembled binary black holes
合并中的双星黑洞的轨道偏心率会在相关的引力波信号上留下印记，这可以揭示双星是在孤立的环境中形成的，还是在动态环境中形成的，比如在密集星团的核心。我们目前的测量偏心率的26个二进制黑洞合并在第二个LIGO-室女座引力波瞬态目录，更新的总数分析的轨道偏心率的二进制黑洞为36。使用\texttt{SEOBNRE}波形，我们发现GW 190620 A的数据不能很好地用零偏心率假设（频率论$p$ -值$\lesssim 0.1\%$）来解释。使用偏心率的对数均匀先验，GW 190620 A的$\unit[10]{Hz}$偏心率在$74\%$（$65\%$）可信度下被约束为$e_{10}\geq0.05$（$0.1$）。利用这种对数一致先验，我们得到了$90\%$可信的$0.001$偏心率下限，而假设一个一致的先验导致数据更喜欢$e_{10} \geq 0.11$在$90\%$可信度。这是第二次测量具有非零偏心率统计支持的双黑洞系统;中等质量黑洞合并GW 190521是第一次。这两个事件的解释是目前复杂的波形系统学，我们无法同时模拟相对论性岁差和偏心率的影响。然而，如果这两个事件实际上是偏心合并，那么在LIGO-Virgo目录中可能有更多的动态组装合并，而没有可测量的偏心率;观测到的LIGO-Virgo双星中的$\gtrsim 27\%$可能是在致密的恒星环境中动态组装的（$95\%$可信度）…
2021-10-19 astro-ph.HE
Eccentricity distributions of eccentric binary black holes in galactic nuclei
银河核预计是形成偏心双黑洞（EBBH）的主要场所之一，估计探测率为$\mathcal{O}(1-100$年$^{-1})$与先进的LIGO（aLIGO）探测器在设计灵敏度。这些双星的两个主要形成通道是引力捕获和长期Kozai-Lidov机制，具有可预测的形成速率。我们使用蒙特卡罗模拟来构建通过这些通道在星系核中形成的EBBH的偏心率分布，当它们的引力波信号以$10$ Hz进入aLIGO波段时。我们发现，进入aLIGO带的偏心率大于$0.1$的二元黑洞的比例为$\sim 10$ %的长期Kozai-Lidov机制，和$\sim 75$ %的引力捕获。我们表明，如果未来的EBBH探测率与aLIGO将占主导地位的EBBH形成的星系核，那么通过两个主要渠道形成的EBBH的比例可以被约束到一个$Δ\mathcal{F}= 0.2$宽一西格玛置信区间与几十个观测，即使参数估计误差考虑到在现实的水平。
2019-07-08 astro-ph.HE
Binary neutron star formation and the origin of GW170817
第一个中子星-中子星合并是由LIGO/Virgo在一个星系中发现的，该星系中的大多数恒星形成发生在很久以前（11 Gyr）。LIGO/Virgo估计局部宇宙NS-NS合并速率为110-3840 Gpc^-3 yr^-1。只有一些极端的演化模型才能产生与LIGO/Virgo估计一致的旧宿主星系的NS-NS合并率。然而，我们发现，这些模型产生的利率超过经验银河系NS-NS合并率的基础上，银河系NS-NS二进制的大人口。通常情况下，目前的进化模型产生的NS-NS合并率与银河系的经验率是一致的。然而，这些模型在旧的宿主星系中产生的局部宇宙NS-NS合并率低于LIGO/Virgo的估计。这种紧张局势背后的原因是预测的恒星形成和NS-NS合并之间的延迟时间分布，有利于短延迟。演化模型产生一个通用的陡峭的幂律NS-NS延迟时间分布。这限制了旧宿主星系的NS-NS合并率。然而，我们发现，这种分布是一致的银河系NS-NS双星的观察，其中50%显示非常长的合并时间（比哈勃时间长得多）。一旦模型分布与银河系盘中连续延长（10 Gyr）的恒星形成相卷积，那么20-70%（取决于模型）的预测NS-NS人口有很长的银河系合并时间。虽然NS-NS双星主要是以短延迟时间形成的，但许多短延迟时间的系统合并并没有到达现在，而长延迟时间的系统则幸存下来，并为目前的银河系NS-NS人口做出贡献。这项研究强调了当前的演化预…
2018-12-25 astro-ph.HE
New binary black hole mergers in the second observing run of Advanced LIGO and Advanced Virgo
我们报告检测新的二元黑洞合并事件的公开数据从先进的LIGO和先进的处女座（O2）的第二次观测运行。合并是使用Venumadhav等人[Phys. Rev. D 100，023011（2019）]中描述的新搜索管道发现的，并且高于Abbott等人（LIGO Scientific和Virgo Collaborations）[Phys. Rev. X 9，031040（2019）]中定义的检测阈值。其中三个合并（GW 170121，GW 170304，GW 170727）推断可能是天体物理起源的$p_{\rm astro} > 0.98$。其余三个（GW 170425、GW 170202、GW 170403）不太确定，$p_{\rm astro}$的范围为0.5至0.8。新发现的合并在很大程度上共享以前报告的事件的统计特性，除了GW 170403，最不安全的事件，它具有高度负的有效自旋参数$χ_{\rm eff}$。最安全的新事件GW 170121（$p_{\rm astro} > 0.99$）也值得注意，因为其推断的$χ_{\rm eff}$为负值，这与在~95.8%置信水平下为正值不一致。新的合并几乎是O2报告的引力波事件样本的两倍，并提供了探索宇宙中二元黑洞人口统计的实质性机会。检测到的事件数量并不令人惊讶，因为我们估计我们的管道的检测量可能比其他管道的检测量大两倍（估计中有很大的…
2020-04-24 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Constraining the Black Hole Initial Mass Function with LIGO/VIRGO Observations
在通过黑洞合并时产生的引力波（GW）探测黑洞（BH）之前，黑洞的存在是在X射线双星中推断的，主要是通过动力学测量，质量在$\sim 5-20~M_\odot$之间。LIGO通过GWs发现的第一个黑洞令人惊讶，因为合并的两个黑洞具有$35.6^{+4.8}_{-3.0}$和$30.6^{+3.0}_{-4.4}\,M_\odot$的质量，这两个质量都高于从X射线双星推断的范围。从O 1/O2运行20 BH检测，质量分布仍然普遍高于X射线推断的，而有效的自旋一般较低，这表明，至少部分地，GW检测到的人口可能是动力学起源，而不是由场双星的共同演变产生的。在这里，我们进行高分辨率N体模拟的一个集群的孤立BH的初始质谱和上限质量截止的范围内，并研究由此产生的二进制质谱动力学相互作用。我们的星系团的性质类似于形成后的OB协$\sim 10 \, \mathrm{Myr}$中的大质量残留物。我们对每个动态形成的二进制人口对O 1和O2 LIGO/Virgo运行的数据进行了似然分析。我们发现，一个初始的质谱$M_{\rm BH}\propto M^{-2.35}$与上质量截止$M_{\rm max}\sim 50M_\odot$的数据是有利的，连同轻微的合并率，增加红移的偏好。
2019-05-21 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Gravitational waves from mountains in newly born millisecond magnetars
在本文中，我们研究了一个新诞生的毫秒磁星的自旋演化和引力波光度，该磁星是在大质量恒星坍缩或两颗中子星合并后形成的。在这两种情况下，我们考虑的效果回落吸积，并考虑系统的演变，由于不同的扭矩作用于恒星，即自旋扭矩由于吸积和自旋扭矩由于磁偶极子辐射，中微子发射，和引力波发射连接到一个'山'的形成上的吸积极。最初的自旋周期主要受偶极辐射的影响，但在后来的时间吸积旋转的恒星迅速。我们发现大质量恒星坍缩后形成的磁星可以吸积到1 M_{\odot}，并在坍缩成黑洞之前存活50 s的数量级。对于位于1 Mpc的物体，引力波应变在kHz频率下为h_c \sim 10^{-23}，这使其成为下一代地基探测器的潜在目标。另一方面，中子星合并后形成的磁星，最多吸积0.2 M_{\odot}，并发射具有较低的最大应变h_c \sim 10^{-24}数量级的引力波，但也存在更长的时间，并且可能与在一些短的伽马射线暴的光变曲线中观察到的X射线平台有关。
2021-02-01 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Special supernova signature from BH-NS/BH progenitor systems
LIGO-Virgo科学合作组的引力波探测表明，黑洞和中子星（BH-NS）或BH-BH系统广泛存在于宇宙中，BH质量为数十个太阳质量。BH-NS/BH系统的形成有两种主要的假设，包括星系场中孤立的双星演化和稠密环境中的动力学相互作用。在这里，我们提出，如果BH-NS/BH系统是从孤立的双演化形成的，超新星（SN）信号与第二个核心崩溃将显示出一些可识别的功能，由于吸积反馈的同伴BH。根据二进制的属性，我们表明，SN光变曲线可能会出现一个尖锐的峰值周围$\sim10$天，亮度甚至在超亮SNe（例如$\sim10^{44}~\rm erg~s^{-1}$）的水平或呈现一个平台的功能，持续几十天的核心崩溃SNe的定期光度。将这些特殊SN信号的事件率密度与LIGO-Virgo探测到的BH-NS/BH系统的事件率密度进行比较，有助于区分BH-NS/BH形成通道。
2020-10-18 astro-ph.HE
Newly Formed Dust within the Circumstellar Environment of SNIa-CSM 2018evt
本研究报告了Ia-CSM型SN 2018evt爆炸三年后在抛射物与CSM相互作用后方的冷致密壳层中形成尘埃的证据，发现其新形成尘埃总量达1.2±0.2×10^-2太阳质量，为认识宇宙尘埃形成提供了启示。
2024-01-08 astro-ph.HE astro-ph.SR
Direct constraints on ultra-light boson mass from searches for continuous gravitational waves
\textit{Superradiance}可以触发旋转黑洞周围超轻玻色子云的形成。一旦形成，玻色子云预计将发出一个近周期性的，长时间的引力波信号。对于质量在$(10^{-13}-10^{-11})$ eV范围内的玻色子和恒星质量的黑洞，这样的信号可能被引力波探测器探测到，比如先进的LIGO和Virgo。在这封{ \it Letter}中，我们提出了在LIGO O2数据中对周期性引力波进行通用全天空搜索的全波段上限，并首次使用它们来导出对超轻标量玻色子场质量的直接约束。
2019-09-19 astro-ph.HE gr-qc
Intermediate-mass Black Holes from High Massive-star Binary Fractions in Young Star Clusters
在动力学相互作用频繁的密集星团中形成的黑洞，可能与那些通过孤立的恒星演化形成的黑洞有着根本不同的性质。单星演化的理论模型预测黑洞质谱中的一个缺口，大约是由（脉动）对不稳定超新星引起的$40-120\,M_{\odot}$。最近的LIGO/室女座事件GW 190521的动机，我们调查的质量内或超过这个“上质量差距”的黑洞是否可以动态地形成在年轻的星团通过强相互作用的大质量恒星的双星。我们进行了一组$N$体模拟使用CMC集群动力学代码研究的大质量的形成和碰撞历史的最大质量的恒星和他们的残余物的高质量的二进制部分的影响。我们发现，典型的年轻星团，低金属丰度和高的大质量恒星的二元分数可以形成多个黑洞的上部质量的差距，往往形成至少一个中等质量的黑洞。这些结果提供了强有力的证据，表明年轻星团中的动力学相互作用自然会导致更大质量的黑洞残余物的形成。
2021-01-22 astro-ph.HE
Explaining the LIGO black hole mass function with field binaries: Revisiting Stellar Evolution at low Metallicity or Invoking Growth via gas accretion?
我们对二元黑洞（BBH）的形成和演化的理解受到LIGO/Virgo合作最近发现的重大影响。最重要的是探测到最大的BBH系统，GW 190521。在这里，我们调查需要考虑到这种大规模BBHs的形成，外地大规模恒星双星。BH质量函数的高质量端是否由大质量恒星的残余物填充，这些恒星要么在极低的金属丰度下形成并避免对不稳定质量间隙，要么通过周围介质的气体吸积来增加它们的出生质量超过对不稳定质量间隙。我们表明，假设在非常低的金属丰度的大质量恒星可以形成大规模的BH避免对不稳定的超新星，再加上相应的高形成效率的BBHs，可以解释所观察到的BH质量函数。为此，人们需要在低金属丰度的原始恒星的初始质量和最终质量之间的关系，这比单独从风质量损失中预期的要浅。另一方面，假设对不稳定性在所有金属丰度下都起作用，如果至少有10%的在非常低的金属丰度下出生的BH在合并之前由于周围气体的吸积而使其质量增加一倍，那么就可以解释观察到的BH质量函数。这样的BBH将不得不在其母原子冷却晕的秒差距长度尺度内花费大约一个Gyr，或者如果它们驻留在其宿主暗物质晕的内部亚秒差距内，则时间尺度更短。未来的恒星演化计算的大质量恒星在非常低的金属和流体动力学模拟的气体吸积到BBH出生在原子冷却晕可以阐明这一争论。
2021-05-18 astro-ph.HE gr-qc
