The cosmic merger rate density evolution of compact binaries formed in young star clusters and in isolated binaries
下一代地基引力波探测器将观测到红移达$z\gtrsim{}10$的双星黑洞合并，探测紧凑双星合并在宇宙时间内的演化。在这里，我们提出了一个新的数据驱动的模型来估计宇宙合并率密度（MRD）的演变CB的，通过耦合目录的CB合并与观测约束的宇宙恒星形成率密度和宇宙的金属丰度演化。我们采用目录CB合并来自最近的$N-$机构和人口合成模拟，描述的MRD的年轻星团（以下简称动态CB）和外地（以下简称孤立CB）中形成的CB。动态BBH的局部MRD为$\mathcal{R}_{\rm BBH}=64^{+34}_{-20}$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$，与LIGO-Virgo合作的第一次和第二次观测运行（O 1和O2）的90%可信区间一致，并与孤立BBH的局部MRD（$\mathcal{R}_{\rm BBH}=50^{+71}_{-37}$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$）一致。动态和孤立黑洞-中子星双星的局部MRD分别为$\mathcal{R}_{\rm BHNS}=41^{+33}_{-23}$和$49^{+48}_{-34}$ ~Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$.这两个值都与从O 1和O2推断的上限一致。最后，动态中子双星的局部MRD（BNS，$\mathcal{R}_{\rm BNS}=151^{+59}_{-38}$ Gpc $^{-3}$ …
2021-02-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The star clusters that make black hole binaries across cosmic time
我们探讨的性质，密集的星团，很可能是托儿所的恒星黑洞配对密切的双星。我们结合了球状星团形成的宇宙学模型与解析处方的动态组装和演化的黑洞二进制文件，以约束哪些类型的集群最有可能形成足够紧密的二进制文件合并在哈勃时间。我们发现，黑洞双星被弹出，后来合并异地形成的集群的特征质量$M_{\rm cl} \sim 10^{5.3}M_{\odot}$，而双星合并原位形成更大的集群，$M_{\rm cl} \sim 10^{5.7}M_{\odot}$。主导黑洞双星产生的星团在年龄和金属丰度上与整个种群相似。最后，我们估计一个近似的宇宙黑洞合并率的动态组装的双星使用的平均黑洞质量为每个集群给定的金属。我们发现在$z=0$处存在一个$\sim 6\,\mathrm{Gpc\,yr^{-1}}$的内在速率，一个弱增加的合并速率到达$z=1.5$，然后降低到$z=4$。我们的结果可以用来提供一个宇宙学的背景下，选择初始条件的数值研究的黑洞双星聚集在星团。
2019-03-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Jupiter Mass Binaries and Cosmic Ray Viscosity
针对猎户座四边形星团中木星质量宽双星比例异常偏高的问题，提出宇宙射线粘性传递角动量是优先形成行星质量宽双星的核心机制。
2024-02-15 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
High Mass X-ray Binaries and the Cosmic 21-cm Signal: Impact of Host Galaxy Absorption
通过在再电离之前加热星系际介质（IGM），X射线有望在早期宇宙中发挥重要作用。来自这个“加热时代”（EoH）的宇宙21厘米信号可以作为第一个星系内部高能过程的干净探测器。在这里，我们改进了先前的估计，这个信号，通过使用高分辨率的流体动力学模拟计算的X射线吸收由于星际介质（ISM）的主机星系。在宿主星系内部吸收的X射线无法逃逸到IGM中，并对EoH做出贡献。我们发现，通过这些星系的X射线不透明度可以用一个无金属的ISM来近似，其典型的柱密度为log[N / cm^-2] = 21.4 +0.40-0.65。我们通过将这些ISM不透明度与高质量X射线双星（被认为是早期宇宙中重要的X射线源）的公共光谱相结合来计算得到的21厘米信号。我们的研究结果支持“标准方案”，其中IGM的X射线加热是不均匀的，并发生在大部分再电离之前。大尺度（k ~ 0.1/Mpc）的21 cm功率在z = 10 - 15时达到峰值，约为100 mK^2，红移取决于宇宙恒星形成的历史。这与最近的一些工作相反，这些工作的动机是银河系内部对本地HMXB的X射线吸收要大得多。我们的主要结果可以重现近似的X射线发射HMXB与能量指数α = 1，截断在能量低于0.5千电子伏的幂律谱。
2017-02-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
The contribution from stars stripped in binaries to cosmic reionization of hydrogen and helium
大质量恒星通常存在于双星系统中，有人认为双星系统的产物会增强恒星星族的电离辐射。我们需要精确预测二元产物，以了解和量化它们对宇宙再电离的贡献。我们调查的贡献剥离的恒星双星，因为（1）他们可以说，最好的理解产品的双星演化，（2）我们最近产生的第一个非LTE辐射转移计算这些剥离的恒星的大气，预测其电离光谱，和（3）他们是非常有前途的来源，因为他们提高电离辐射的恒星星族在后期。这使得恒星的反馈可以清除周围的环境，使更多的光子可以逃逸并进入星系际介质。结合我们对电离光谱的详细预测和一个简单的宇宙再电离模型，我们估计剥离的恒星贡献了百分之几十的光子，导致宇宙氢再电离，这取决于假设的逃逸分数。更重要的是，剥离的恒星强化了电离辐射。我们估计，光谱电离部分的光谱指数可以增加到-1，而对于单星，光谱电离部分的光谱指数小于-2。在高红移，剥离的恒星和大质量的单星结合主导的氦电离发射，但我们预计活动星系核驱动宇宙氦再电离。我们预计进一步的观测结果是：（1）恒星系统周围星系际气体的高电离态，如CIV和SiIV;（2）星系际介质的额外加热高达几千开尔文。量化这些保证了在完整的宇宙学模拟中包含剥离恒星和其他二元产物的精确模型。
2019-11-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Cosmography via stellar archaeology of low-redshift early-type galaxies from SDSS
本研究利用SDSS被动演化星系Lick指数拟合的恒星年龄，对直至z~0.4的Hubble参数进行模型无关的宇宙学测绘拟合，得出H0值，并发现了关键指数随红移的意外振荡模式。
2025-09-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
AGN cool feedback and analogy with X-ray binaries: from radiation pressure to cosmic ray driven outflows
冷外流现在在星系中很常见，但它们的物理起源和驱动机制仍然不清楚。活动星系核（AGN）反馈可能通过宇宙射线（CR）和尘埃上的辐射压力加速冷星系外流。在这里，我们调查的CR和辐射反馈的活动星系核的相对重要性，我们分析的物理条件流出发射作为一个功能的黑洞吸积流模式。我们假设从活动星系核喷流起源的CR，并考虑与银河系X射线双星的类比，从而喷流是突出的低吸积率（硬态）和淬火在高吸积率（软态）。我们发现，CR驱动的外流可以在低吸积率和大半径供电，而辐射压力驱动的外流占主导地位，在高吸积率和小半径。因此，两个AGN反馈机制-CR和辐射压力的尘埃-可能发挥互补作用，在驱动冷外流星系尺度。从辐射压力驱动的外流在较高的吸积率的CR驱动的外流在较低的吸积率的过渡可能对应于在宇宙时间的基础吸积流模式的过渡（从一个辐射有效的吸积盘辐射效率低下的射流为主的流量）。
2022-12-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
The 21-cm signal from the Cosmic Dawn: metallicity dependence of high mass X-ray binaries
来自大质量X射线双星（HMXB）的X射线可能是宇宙黎明（CD）期间星系际介质（IGM）在再电离完成之前的主要加热源。这个加热时期（EoH; $z\sim 10-15$）应该很快就能通过中性氢的红移21厘米谱线探测到，这使我们能够间接研究看不见的第一个星系中HMXB的性质。低红移观测以及理论模型表明，在早期星系典型的贫金属环境中，HMXB（$L_{\rm X}/{\rm SFR}$）的积分X射线光度与恒星形成率的比值应该增加。在这里，我们研究的影响，金属（$Z$）依赖性的$L_{\rm X}/{\rm SFR}$在EoH。在我们的基准模型中，恒星形成率为$10^{-3} - 10^{-1}$ $M_\odot$ yr $^{-1}$和金属丰度为$10^{-3} - 10^{-2}$ $Z_\odot$的星系是这一时期X射线背景（XRB）的主要贡献者。不同的$L_{\rm X}/{\rm SFR}$ - $Z$关系导致在这些范围内，以及在平均IGM温度和大规模的21厘米功率，在一个给定的红移因子的$\sim$ 3的差异。我们计算模拟21厘米的观测，采用作为基线的1000小时集成与即将到来的平方公里阵列（SKA），两个不同的$L_{\rm X}/{\rm SFR}$ - $Z$关系。我们使用常数$L_{\rm X}/{\rm SFR}$的常见简化对这些模拟观测进行推断，发现常数$L_{\…
2022-05-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gravitational Waves from Cosmic Dawn: Tracing Cosmic Black Hole Binaries with ET, LGWA, and LISA
INAF/Osservatorio Astronomico di Roma（罗马天文台）；INFN, Sezione Roma1（罗马第一分部意大利国家核物理研究所）；Institute for Astronomy, University of Edinburgh（爱丁堡大学天体物理研究所）；Sapienza School for Advanced Studies（萨皮恩扎高等研究学院）
研究通过ET、LGWA和LISA探测高红移宇宙，分析黑洞二元系统在形成早期阶段的合并率和引力波特征，探讨吸积和种子形成对探测性的影响。
2026-09-30 astro-ph.GA
Tidal Disruption Event Demographics in Supermassive Black Hole Binaries Over Cosmic Times
本研究通过模拟SMBH双星探究TDE速率随质量和红移的变化，发现双星系统TDE速率随质量增加，与单SMBH趋势相反，为解释观测速率和约束双星比例提供了可测试框架。
2025-07-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
The host galaxies of double compact objects across cosmic time
我们探索的宿主星系的致密天体双星（黑洞-黑洞双星，BHB;中子星-黑洞双星，NSBHs;双中子星; DNS）跨宇宙时间，人口合成模拟结合的Illustris宇宙学模拟。在高红移（$z\gtrsim{}4$）下，BHB、NSBH和DNS的宿主星系非常相似，主要是低质量星系（恒星质量$M<10^{11}$ M $_\odot$）。如果$z\gtrsim{}4$大多数紧凑的物体形成并合并在同一个星系中，有很短的延迟时间。在低红移（$z\leq{}2$），DNS的宿主星系的人口显着不同的BHB和NSBH的宿主星系。低红移的DNS合并倾向于在同一个星系中形成和合并，延迟时间相对较短。DNS宿主的恒星质量在$\sim{}10^{10}-10^{11}$ M $_\odot$附近达到峰值。相比之下，在低红移合并的BHB和NSBH倾向于在高红移的相当小的星系中形成，然后合并成具有长延迟时间的较大星系。DNS和黑洞双星之间的这种差异是它们对金属丰度依赖性的深刻差异的结果。
2019-06-03 astro-ph.GA astro-ph.HE
X-ray Binary Evolution Across Cosmic Time
高红移星系允许在宇宙学时间尺度上研究X射线双星种群的形成和演化，探测大范围的金属丰度和恒星形成率。在本文中，我们提出了一个大规模的人口综合研究的结果，从宇宙的第一个星系到今天的X射线二元人口模型。我们使用Millennium II宇宙模拟和Guo et al.（2011）更新的半解析星系表作为我们建模的输入，以自洽地解释宇宙的恒星形成历史和金属丰度演化。我们的模型，这是所观察到的本地星系的X射线属性的约束下，给出了预测的全球标度的发射从X射线二进制人口的属性，如恒星形成率和恒星质量，以及这些关系的红移的演变。我们的模拟结果表明，在我们今天的宇宙中，来自X射线双星的X射线光度密度（单位体积的X射线光度）主要是由低质量的X射线双星，只有在z>2.5，高质量的X射线双星成为主导。我们还发现低质量X射线双星的X射线发射率峰值（z~2.1）与恒星形成率密度峰值（z~3.1）之间存在约1.1 Gyr的延迟。高质量X射线双星的X射线亮度峰值（z~3.9）发生在恒星形成率密度峰值之前约0.8 Gyr，这是宇宙金属丰度演化的结果。
2012-11-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Metallicity-constrained merger rates of binary black holes and the stochastic gravitational wave background
最近对双星黑洞合并GW150914的探测表明，我们银河系中存在着比以前在X射线双星中观察到的质量更大的黑洞。本文探讨了不同的情况下，黑洞形成的自洽宇宙化学演化模型，同时匹配观测的宇宙恒星形成率，光学深度再电离和金属的星际介质的背景下。用这个框架计算了并合黑洞双星的质量分布及其随红移的演化。我们还研究了黑洞质量分布的随机引力波背景的合并和核心崩溃事件的影响。
2016-06-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic variance in the nanohertz gravitational wave background
我们使用大N体模拟和经验的暗物质晕，星系和超大质量黑洞之间的标度关系来估计超大质量黑洞双星的形成率和由此产生的低频随机引力波背景（GWB）。我们发现这个GWB是相对不敏感（$\lesssim10\%$）的宇宙学参数，只有轻微的变化之间的WMAP 5和普朗克宇宙学。我们发现，在天体物理标度关系的不确定性的变化的幅度的GWB的一个因素的$\sim 2$。目前的观测限制已经限制了这一预测的模型范围。我们研究了随机生成的超大质量黑洞群的GWB振幅的泊松方差，发现每个频率箱在10 nHz以下的阶数单位分散，并且在100 nHz附近增加到$\sim 10$的因子。这种变化是由于最大质量的二进制文件，占主导地位的信号的稀有性，并作为一个基本的不确定性的振幅的基础上的幂律频谱。这种泊松不确定性在$\gtrsim 20$ nHz处占主导地位，而在较低频率处，主要的不确定性与我们对天体物理标度关系的理解不足有关，尽管非常低的频率可能由与最终秒差距问题和将二进制驱动到引力波主导状态的过程相关的不确定性所主导。宇宙效应在所有频率下都可以忽略不计。
2016-03-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Merger rate density of stellar-mass binary black holes from young massive clusters, open clusters, and isolated binaries: comparisons with LIGO-Virgo-KAGRA results
我调查的作用，集群动力学和大规模的二进制演化产生恒星遗迹二黑洞（BBH）合并在宇宙时间。为此，动态BBH合并是从$\sim10^4M_\odot$的长期直接N体演化模型中获得的，即pc尺度的年轻大质量星系团（YMC）演化为中等质量的疏散星团（OC）。大质量孤立双星（IB）的快速演化模型从双星演化中产生BBH。然后在模型宇宙中进行人口合成，考虑到观测到的宇宙恒星形成和富集的历史，以获得BBH合并收益率从这两个渠道可观察到在目前的一天，在宇宙时间。合并BBH人口从两个渠道相结合，通过应用贝叶斯回归链的概念验证，考虑到观察到的差异内在BBH合并率密度从第二引力波瞬态目录（GWTC-2）。分析估计的OB星的二进制部分$f_{\rm Obin}\gtrsim90$ %和YMC形成效率的$f_{\rm YMC}\sim10^{-2}$，与最近的光学观测和大尺度结构形成模拟一致。相应的组合模型宇宙的现今、微分内禀BBH合并率密度和BBH合并率密度的宇宙演化都与GWTC-2的结果符合得很好。分析还表明，尽管显着的“动力学混合”在低红移，BBH合并在高红移（$z_{\rm event}\gtrsim1$）仍然可以主要由二进制演化物理。在目前的方法和未来的改进的警告进行了讨论。
2021-12-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
The low-end of the black hole mass function at cosmic dawn
理解高红移下超大质量黑洞的形成和生长是理论模型的一个重大挑战。在这项工作中，我们调查的早期演化的第一个SMBHs的质量和光度分布在$z > 4$约束。特别是，我们专注于探索的低质量端的核黑洞（BH）分布下降到$z \simeq 4$，并探讨其与第一BH种子的性质和管理其质量增长的过程。为此，我们开发了CAT（宇宙考古工具），一个新的半解析模型，描述了形成的第一个恒星和黑洞的自洽的方式，并遵循共同进化的核BH和他们的宿主星系的代表性人口在$z > 4$。我们发现，目前的观测约束有利于模型的BH种子的增长是爱丁顿有限的，并发生在邦迪-霍伊尔-利特尔顿率或超爱丁顿吸积发生在一个薄盘在气体丰富的星系合并。这两个模型变体之间的主要区别在于预测的质量和光度函数在$4 \le z \le 6$的低端，其中一个明显的差距出现在第一个模型中，反映了作为第一批恒星的残余物形成的轻BH种子的发育不良。即使对于JWST、Athena和Lynx等未来一代的空间天文台来说，检测这种特征也将是极具挑战性的。
2022-01-07 astro-ph.GA
The cosmic merger rate of neutron stars and black holes
到目前为止，已经报道了六次引力波探测，为双紧凑物体的合并率提供了重要的见解。利用粒子群合成模拟和Illustris宇宙学模拟研究了双中子星（DNS）、中子星-黑洞双星（NSBH）和黑洞双星（BHB）的宇宙合并率。我们已经进行了六个不同的模拟，考虑不同的假设的效率的共同信封（CE）喷射和探索两个分布的超新星（SN）踢。从我们的模拟中得出的当前BHB合并率范围从$\sim{}150$到$\sim{}240$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$，仅轻度依赖于CE效率。相比之下，目前的域名合并率（从$\sim{}20$到$\sim{}600$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$）和NSBH合并率（从$\sim{}10$到$\sim{}100$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$）在很大程度上取决于CE和出生踢的假设。DNS的合并率与从GW 170817的检测推断的合并率一致，只有假设CE喷射的高效率和低SN反冲（从具有一维均方根$σ=15$ km s $^{-1}$的麦克斯韦分布得出）。
2018-06-13 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Tidal disruption events from massive black hole binaries: predictions for ongoing and future surveys
我们计算预期的宇宙率的潮汐中断事件引起的个别大质量黑洞（MBH）和MBH二进制文件（MBHB）-特别关注后一类-探索潜在的TDE探测宇宙人口的子PC MBHB。率计算相结合的MBH和MBHB人口模型来自大型宇宙学模拟与估计的诱导TDE率为每一类对象。我们构建了经验TDE光谱，适合大量的观测在光学，紫外和X射线，并考虑其可观测性，目前和未来的调查仪器。与文献中的结果一致，并取决于模型的详细假设，我们发现LSST和Gaia在光学和eROSITA在X射线中将分别观察到每年3000-6000，80-180和600-900个TDE。根据调查结果，其中1%到几%是由MBHB引起的。特别是，LSST和eROSITA在各自的任务寿命内预计将看到150-450 MBHB诱导的TDE，包括5-100次重复耀斑。后者提供了一个观测样本的二进制候选人与相对较低的污染，并有可能揭示亚pc人口的MBHB的质量范围$10^5M_\odot<M<10^7M_\odot$，从而通知未来的低频引力波天文台。
2019-07-15 astro-ph.GA
X-ray Binaries in External Galaxies
本文综述外部星系中X射线双星的族群性质及其与恒星形成率、恒星质量的关系，阐明其对宇宙X射线背景约10%的贡献及早期星系间介质加热的潜在作用。
2023-04-27 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Hypersoft X-ray Sources as a Low-Energy Class of Luminous Cosmic Emitters
University of Alabama（阿拉巴马大学）；Harvard & Smithsonian（哈佛-史密森天体物理中心）
发现了一种新的超软X射线源，可能由多种天体系统构成，其在EUV范围的高能辐射未被先前检测到，可能对银河系中的气体电离起关键作用。
2026-07-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
The competing effect of gas and stars in massive black hole binaries evolution
大质量的黑洞双星被预测形成的宇宙结构的层次组装，并将代表低频引力波（GW）检测目前和即将到来的GW实验的最响亮的来源。在进入GW驱动的状态之前，它们的演化是由与周围恒星和气体的相互作用驱动的。虽然恒星的相互作用总是会使双星缩小，但最近的研究预测了双星外旋的可能性，这可能是由气体盘的存在所介导的，这可能会无休止地延迟合并并影响大质量双星的合并率。在这里，我们实现了一个半分析的治疗，遵循的恒星和气体的综合作用下的二元演化。我们发现，双星可能outspiral只有当他们附近或以上的爱丁顿限制，只有直到他们的分离达到气体盘自引力半径。即使是外螺旋的情况下，双星最终也会达到足够大的质量，让GW接管并驱动它合并。恒星硬化，质量增长和GW驱动的螺旋的综合作用使双星最多在几百万年内合并，这意味着气体驱动的膨胀不会严重影响即将到来的GW设施的探测前景。
2021-08-30 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Population synthesis of Be X-ray binaries: metallicity dependence of total X-ray outputs
本研究构建Be-X射线双星物理模型，通过双星星族合成模拟发现其X射线辐射随金属丰度降低显著增强，是早期宇宙中不可忽视的X射线源，对相关宇宙演化模拟具有重要意义。
2023-11-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Imprints of massive black-hole binaries on neighbouring decihertz gravitational-wave sources
本研究提出利用同一星系内恒星级双星引力波的长期调制，由未来分赫兹干涉仪间接探测并绘制超大质量黑洞双星族群。
2024-08-08 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Stars or gas? Constraining the hardening processes of massive black-hole binaries with LISA
本文提出贝叶斯框架，结合大质量黑洞双星宇宙学模型与 LISA 模拟星表，通过参数估计和模型比较区分恒星或气体驱动的轨道硬化机制。
2025-01-07 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
The Black Hole Mass Function Across Cosmic Times I. Stellar Black Holes and Light Seed Distribution
这是第一个文件在一系列旨在模拟黑洞（BH）的质量函数，从恒星的中间（超）大规模政权。在目前的工作中，我们专注于恒星黑洞，并提供了一个从头计算的质量函数跨宇宙时间。具体来说，我们利用国家的最先进的恒星和二进制的进化代码\texttt{SEVN}，并耦合其输出与红移相关的星系统计和经验的标度关系，涉及星系金属丰度，恒星形成率和恒星质量。作为BH质量$m_\bullet$的函数，由此得到的残余质量函数${\rm d}N/{\rm d}V{\rm d}\log m_\bullet$具有相当平坦的形状，直到$m_\bullet\approx 50\, M_\odot$，然后对于较大的质量呈对数正态下降，而在给定质量下的整体归一化随着红移的减小而增加。我们强调的贡献，当地的质量功能从孤立的恒星演变成BH和从二元恒星系统结束在单一或二元BH。我们还包括扭曲的质量函数引起的二进制BH合并，发现它有一个小的影响，在高质量端。我们估计一个本地恒星黑洞遗迹的质量密度为$ρ_\bullet\approx 5\times 10^7\, M_\odot$百万分之一$^{-3}$，超过两个数量级以上，在超大质量黑洞，这转化为一个能量密度参数$Ω_\bullet\approx 4\times 10^{-4}$，这意味着在恒星黑洞的总质量相当于$\lesssim 1\%$的本地重子物质。我们展示了我们的质量函数合并…
2021-10-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
The cosmological distribution of compact object mergers from dynamical interactions with SMBH binaries
我们结合复杂的高精度散射实验，从Millenium-II模拟的结果，计算与超大质量黑洞二进制（SMBHBS）动态相互作用的束缚紧凑对象（CO）二进制的宇宙合并率。我们考虑由白矮星（WD），中子星（NS）和黑洞（BH）组成的双星。由红移$\sim 5$得到的WD-WD、NS-NS、BH-BH、BH-NS双星和EBBH（黑洞偏心双星）的总合并率分别为$4.32\times 10^3\,{\rm yr}^{-1}$（$5.93\times10^2\,{\rm yr}^{-1}$代表Ia型SNe）、$82.7\,{\rm yr}^{-1}$、$96.3\,{\rm yr}^{-1}$、$13.1\,{\rm yr}^{-1}$和$148\,{\rm yr}^{-1}$，其中银河系中心的CO双星分数为0.1。计算了双星合并点相对于宿主星系的距离（$R$）分布。分布显示了广泛的距离高达$\sim$兆秒差距，这尾是由逃逸的超高速CO双星。由于周围环境的物质密度的差异，具有不同$R$的合并事件预期在其EM对应物中显示显著不同的签名。特别是，产生相对论喷流但发生在星系际介质中的合并事件（尤其是NS-NS），相对于其即时发射，余辉辐射将非常弱。这些事件，我们称之为“偏离中心”，只能从CO双星和SMBHB之间的近距离接触产生;因此，这种合并事件的检测将表明附近SMBHB的存在，特别是具有高质量比，在一个…
2019-06-24 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Dynamics of black hole - neutron star binaries in young star clusters
年轻的星团可能是宇宙时间中大质量恒星最常见的诞生地，并以多种方式影响紧凑双星的形成。本文利用粒子数合成程序\texttt{MOBSE}与体程序\texttt{NBODY6++GPU}的接口，模拟了年轻星团中黑洞-中子星双星的形成过程.年轻星团中形成的BHNS（动力学BHNS）比孤立双星形成的BHNS（孤立BHNS）质量大得多：$\sim{}40$ ~\%的动力学BHNS合并有总质量$>15$ M $_\odot$，而只有$\sim{}0.01$ ~\%的孤立BHNS合并有超过这个值的质量。因此，我们的模型强烈支持GW 190814的动力学形成的情况下，它的总质量$\sim{}26$ M $_\odot$，如果这个事件是一个BHNS合并。我们所有的动力学BHNS都是在它们合并之前从它们的母星团中喷射出来的。因此，发生在该领域的BHNS合并的一个重要部分可能起源于一个年轻的星团。从引力波探测的BHNS合并的质谱将提供一个线索，以区分动力学和孤立形成的BHNS。
2020-06-30 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Constraining the cosmic merger history of intermediate-mass black holes with gravitational wave detectors
中等质量黑洞（IMBHs）还没有被发现，除了任何合理的怀疑，通过动力学或吸积签名。引力波（GWs）代表了一个无与伦比的机会来调查天空和检测IMBH的合并，使其有可能首次限制它们的形成，增长和合并历史跨越宇宙时间。虽然目前的LIGO-Virgo-KAGRA网络在检测IMBH双星合并方面受到很大限制，但下一代地面观测站和天基任务有望通过每年检测几个事件来揭示IMBH人口。在这里，我们通过确定下一代GW观测站的最佳网络来评估这种可能性，以重建整个宇宙时间的IMBH合并历史。我们表明，旅行者，爱因斯坦望远镜，宇宙探测器将能够约束合并IMBHs的主要质量的分布高达$\sim 10^3\ M_\odot$和质量比$\gtrsim 0.1$，而LISA将互补这样做，在更高的质量和更小的质量比。因此，下一代地基和天基观测站网络将有可能重建IMBH的合并历史。此外，质量为$\lesssim 5\times 10^3\ M_\odot$的IMBH可以在多波段观测到，红移可达$z\approx 4$，开创了GW天文学的新纪元。
2023-01-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Astro2020 science white paper: The gravitational wave view of massive black holes
大质量黑洞（MBH）双星是宇宙中最强大的引力波（GW）源，这使得MBH科学成为正在进行和即将到来的GW天文台的主要焦点。激光干涉仪空间天线（LISA）-一个千兆级的太空GW天文台-将使我们能够获得巨大的宇宙学体积，揭示MBH合并时，第一个宇宙结构在黑暗时代组装。LISA将揭开第一类类星体未知的起源，并探测大量$10^4 - 10^7$太阳质量的MBH。在原星系晕中形成。脉冲星定时阵列是一个银河系规模的GW调查，可以访问宇宙中最大的MBH，从大约10^9太阳质量的螺旋MBH双星中探测宇宙GW前景。LISA可以测量MBH的自旋和质量，其精度远远超过电磁（EM）探测器，两个GW天文台将一起提供跨宇宙时间的二元MBH及其轨道动力学的第一次全面普查。探测到这些MBH双星的巨大引力信号也将触发EM对应搜索的警报，从最终合并之前的几十年（PTA）到几小时（LISA）。通过见证MBH合并的GW和EM信号，将收集有关星系碰撞后丰富而复杂的环境的宝贵信息。MBH独特的GW特性将揭示$10^4-10^{10}$太阳质量的MBH与星系组装的宏伟设计之间的深层联系，以及驱动MBH合并的复杂动力学。
2019-03-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraining the dark cusp in the Galactic Center by long-period binaries
星系核中的大质量黑洞（MBH）被高密度的星团包围，其质量主要集中在难以探测的微弱恒星和致密的残余物中。这样的暗尖点控制着MBH附近的动力学：银河系中心（GC）的暗尖点会强烈影响那里的广义相对论的轨道测试;在宇宙尺度上，暗尖点设定了螺旋进入MBH的致密残留物的引力波发射事件的速率，它们修改了潮汐破坏事件的速率，这里只列出一些影响。最近发现的一颗长周期大质量年轻双星（P_12 <~ 1年，M_12 ~ O（100 M太阳），T_12 ~ 6 × 10^6年），距离银河系MBH仅~0.1 pc（Pfuhl等人，2013年），在2体弛豫时间尺度上设定了下限，min t_rlx ~（P_12/M_12）^（2/3）T_12 ~ 10^7 yr，相应地，基于该双星在黑暗尖点的蒸发中存活下来，恒星数密度的上限为max n ~ few x 10^8/<M_star^2> 1/pc^3。然而，保守的动力学估计（排水极限）意味着t_rlx > O（10^8）yr。这样的大质量双星，因此太短暂，紧紧束缚约束一个密集的放松黑暗的尖点。我们在这里详细探讨了使用较长周期、质量较小、寿命较长的双星（P_12 ~几年，M_12 ~ 2-4 M_sun，T_12 ~ 10^8-10^10年）探测暗尖点的方法，这些双星目前刚好低于探测阈值，并发展了一个框架，将它们未来在GC中的巨星中的探测转化为动力学约束。
2013-08-30 astro-ph.GA
Unveiling early black hole growth with multi-frequency gravitational wave observations
第三代地面引力波干涉仪，如爱因斯坦望远镜（ET），宇宙探测器（CE）和激光干涉仪空间天线（LISA）将在宽质量谱和所有宇宙时代探测合并的双黑洞。我们跟踪的宇宙学生长的最早的轻和重的种子，迅速过渡到超大质量域使用半分析模型的类星体的形成在$z=6.4$，2和$0.2$，在其中我们遵循黑洞合并驱动的三重相互作用。我们发现几个$10^2$ M $_\odot$的光种子双星可以在$6<z<15$上以$10-20$的信噪比（$S/N$）被ET访问。当它们生长到几个$10^4$ M $_\odot$时，它们以较大的$S/N$进入LISA结构域。探测它们的引力信号将首次提供证据，证明光种子在星系合并过程中形成、生长和动态配对。类似质量和红移的吸积黑洞的电磁辐射太微弱，即使是未来最深的设施也无法检测到。ET将是我们发现宇宙黎明时形成的光种子的唯一机会。在$2<z<8$，我们预测人口的“饥饿双星”，长寿命的边缘增长的光种子对，在ET带宽（$S/N>20$）的响亮的来源。涉及重种子（$\sim 10^5 M_\odot - 10^6 M_\odot$）的合并将在LISA频域中达到$z=20$。较低z模型预测总体上每年的$11.25(18.7)$ ET（LISA）事件。
2020-10-28 astro-ph.GA
Carbon from massive binary-stripped stars over cosmic time: effect of metallicity
Max Planck Institute for Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Institute of Astronomy, KU Leuven（荷语鲁汶大学天文学研究所）；University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Anton Pannekoek Institute of Astronomy, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学安东·潘内库克天文学研究所）；Heidelberger Institut für Theoretische Studien（海德堡理论研究所）
研究双星剥离星在不同金属licity下的碳产量，发现金属licity是影响碳产量的主要因素，指出太阳金属licity下的产量不能直接外推到低金属licity环境。
2025-05-05 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Cosmic Pairs: A DESI Census of Dual and Offset AGN as Precursors to Massive Black Hole Binaries
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Institute for Advanced Study, Princeton（普林斯顿高等研究院）；Institute of Space Sciences, ICE-CSIC（空间科学研究所，西班牙国家科学研究委员会）；Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)（加泰罗尼亚太空研究学院）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Boston University（波士顿大学）
该研究基于 DESI DR1 光谱数据，构建了超大样本双与偏移 AGN，结合 ASTRID 模拟揭示其演化特征，为 LISA 可探测的大质量黑洞并合提供了前身星系群样本。
2026-07-31 astro-ph.GA astro-ph.HE
Mapping Progenitors of Binary Black Holes and Neutron Stars with Binary Population Synthesis
第一个直接观测到的引力波事件，GW 150914，以两个大质量黑洞的合并为特征，突出了确定这些紧凑的残余双星系统是如何形成的必要性。我们使用二进制人口合成代码COSMIC（紧凑对象合成和蒙特卡罗调查代码）来预测大质量恒星的类型，将显示出显着的径向速度变化，表明一个潜在的紧凑对象（即黑洞或中子星）绕恒星运行。我们“观察”的人口中产生的二进制与类似数量的时代和RV的准确性计划为银河系映射。在这个分析中，我们特别感兴趣的系统，其中一个紧凑的残骸是围绕一个大质量的O或B星，因为这些系统幸存的第一个超新星和中子星踢。我们测试的银河映射观测策略，以区分不同的质量损失和踢处方的能力。我们发现，沃尔夫-拉叶星或热次矮星的双星可以检测（即发光，高三角洲RV最大值），可行的祖先这样的对象，而不同的处方主要影响的来源的数量。
2022-03-09 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
