Galaxies with Supermassive Binary Black Holes: (III) The Roche Lobes and Jiang-Yeh Lobe in a Core System
本文讨论了含有超大质量双星黑洞的星系系统的三维等势面。本文研究了重要曲面Roche Lobe和Jiang-Yeh Lobe的拓扑转换条件。此外，Jacobi曲面的数学性质进行了分析研究。最后，提出了一个确定罗氏叶和江叶区域的数值方法。
2016-09-24 astro-ph.GA
Binary black hole growth by gas accretion in stellar clusters
我们表明，恒星质量的黑洞的双星内形成一个年轻的原球状星团，可以快速增长的星团内的气体吸积的核心内，之前的气体可能从核心耗尽。根据LIGO最近观测到的引力波信号，一个质量约为8个太阳质量的黑洞可以增长到35个太阳质量。由于黑洞质量的增加，双星系统也会变硬。在致密的原球状星团中通过质量吸积的二元黑洞的生长表明了一个潜在的重要的形成和硬化通道。
2019-01-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Constrains on the electric charges of the binary black holes with GWTC-1 events
测试黑洞的带电性质是修正引力和黑洞天体物理学中的一个有趣的课题。在第一个引力波瞬变星表（GWTC-1）中，已经正式报道了10个双黑洞合并事件，这些引力波信号极大地增强了我们对黑洞的认识。在本文中，我们试图约束的电荷的数量与参数化后爱因斯坦的框架处理电荷作为一个小扰动的贝叶斯方法。我们发现，目前的限制，在我们的工作是一致的Fisher信息矩阵方法在以前的作品。我们还发展了一个考虑首阶电荷效应的双黑洞螺旋波形模型。
2021-08-27 astro-ph.GA gr-qc
Mass flow in the circumbinary disk with gap around supermassive binary black holes
本文研究了椭圆轨道上的超大质量双黑洞与其周围带隙圆盘的相互作用。盘中的间隙是由于质量较小的黑洞的潮汐效应而形成的低密度区域。我们所研究的双星具有亚秒差距的距离，并且与圆盘共面。我们发现，在一个轨道周期内，间隙中的面密度的最大变化达到50%。然而，在盘的其他区域，密度变化远小于1%。此外，我们还计算了相应的光谱能量分布在一个周期内的变化，但发现变化不大，这是因为双星半径处盘的粘性时标远大于双星的轨道周期。
2013-07-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Black Hole - Neutron Star Binary Mergers: The Impact of Stellar Compactness
本研究通过数值模拟探究中子星致密性对黑洞-中子星双星并合的影响，发现致密性和质量比越高系统越接近双黑洞，瓦解会抑制反冲、轻微影响自旋，低致密性中子星会导致并合后准正常振铃不清晰。
2024-04-15 astro-ph.GA gr-qc
Circumbinary disc self-gravity governing supermassive black hole binary mergers
理解大质量黑洞双星与其气体环境的相互作用是至关重要的，因为在亚秒差距尺度下，双星太宽，引力波发射无法接管并驱动两个黑洞合并。本文利用三维光滑粒子流体动力学模拟研究了大质量黑洞双星与自引力环双星盘之间的相互作用。我们发现，当光盘自重调节角动量输运，二进制半长轴减少，无论盘的质量和温度的选择，在我们探索的范围内。特别是，我们发现，光盘的初始温度（因此光盘的纵横比）的演变的二进制的影响不大，因为光盘具有相同的质量自我调节朝向相同的温度。最初较热的圆盘会导致双星在稍短的时间尺度上收缩，直到圆盘达到自我调节的平衡温度。更大的磁盘驱动器的二进制半长轴以更快的速度减少相比，质量较小的磁盘，并导致更快的二进制偏心率增长，即使在初始条件依赖的瞬态演化。最后，我们调查的效果，初始腔的大小上的二进制盘相互作用，我们发现，在自引力制度，一个最初较小的腔导致更快的二进制收缩，正如预期的。我们的结果是特别重要的非常大的黑洞双星，如在PTA带，气体自引力不能忽略。
2021-06-24 astro-ph.GA astro-ph.HE
Binary Black Hole Mergers from Globular Clusters: Masses, Merger Rates, and the Impact of Stellar Evolution
最近发现的GW150914是由高级LIGO探测到的二元黑洞合并，有可能彻底改变观测天体物理学。但是，为了充分利用这个新的宇宙窗口，我们必须将这些新的观测结果与整个宇宙时间内二元黑洞形成的详细模型进行比较。在我们先前工作的基础上进行扩展（Rodriguez等人，2015），我们研究合并的双黑洞形成的球状星团使用我们的Monte Carlo方法恒星动力学。我们已经创建了一组新的52个集群模型，具有不同的质量，金属丰度和半径，以充分表征二元黑洞合并率。这些模型包括所有相关的动力学过程（如两体弛豫，强相遇，和三体双星形成），并同意与详细的直接N体模拟。此外，我们已经增强了我们的恒星演化算法与更新的金属性依赖的恒星风和超新星处方，使我们能够比较我们的结果直接到最近的人口合成预测合并率从孤立的二元演化。我们探讨了一个集群的整体属性和人口的二元黑洞，它产生之间的关系。特别地，我们导出了一个数值校准的关系，并推出的黑洞双星的合并时间和集群的质量和半径。我们探讨了这些二进制的质量和质量比作为红移的函数，并发现合并率约5 Gpc $^{-3}$年$^{-1}$在当地的宇宙，与80%的来源具有总质量从$32M_{\odot}$到$64M_{\odot}$。在标准的假设下，大约有一个每7个二进制黑洞合并在当地的宇宙将起源于一个球状星团，但我们也探讨了这一结果的敏感性不同的假设为二进制恒星演化。[删节]
2016-03-24 astro-ph.GA astro-ph.HE
MOCCA SURVEY Database I: Binary Black Hole Mergers from Globular Clusters with Intermediate Mass Black Holes
由于引力波的作用，球状星团中黑洞双星的动力学形成在恒星密度较高的地方发生得更频繁。同时，形成中等质量黑洞（IMBHs）的概率也随着密度的增加而增加。为了探讨IMBH的形成和增长对来自球状星团的恒星质量黑洞双星布居的影响，我们分析了现有的大型Monte-Carlo球状星团模拟数据（MOCCA SURVEY Database I）。当IMBH质量不够大或IMBH种子形成较晚时，我们发现二元黑洞合并的数目与基于星系团初始性质的预测一致。然而，与预测相比，当现今IMBH质量比$\sim10^4 \rm M_{\odot}$更大或现今IMBH质量超过集群初始总质量的1%时，二元黑洞形成和随后的合并事件显着减少。通过考察系统中黑洞逃逸时刻的最大黑洞质量，我们发现在IMBH形成和增长之前，$\sim$ 90%的并合黑洞逃逸。此外，大部分恒星质量的黑洞被合并到IMBH或在大质量IMBH的情况下作为单个黑洞从球状星团中逃逸，这可能导致与引力波合并的二元黑洞的显着不足，取决于星团的初始分布。
2020-08-25 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Signal-to-noise Ratio Analytic Formulae of the Inspiral Binary Black Holes in TianQin
本研究针对TianQin引力波探测器，提出了旋近双黑洞信噪比的解析计算方法，给出全天平均下的误差范围及非平均情况的响应因子估算方案，可简化双黑洞探测能力评估。
2025-07-08 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
Probing the Delay Time of Supermassive Black Hole Binary Mergers With Gravitational Waves
本研究提出结合未来引力波测量与星系巡天模拟数据，利用分层贝叶斯推断和模型选择方法，推断超大质量黑洞双星合并的延迟时间分布并检验演化模型。
2023-06-28 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Distinguishing Between Formation Channels for Binary Black Holes with LISA
最近对GW 150914和GW 151226的探测意味着在本宇宙中有大量的恒星质量的双星黑洞合并。虽然地基引力波探测器仅限于观测双星合并前的最后时刻，但天基探测器，如激光干涉仪空间天线（LISA），可以在较低的轨道频率下观测双星，而这种系统仍然可以编码有关其形成历史的信息。特别是，轨道偏心率和质量的双黑洞在LISA频段可以一起使用，以区分在孤立的星系场和那些形成在密集的恒星环境，如球状星团形成的双星。在这封信中，我们探讨了双黑洞种群的轨道偏心率和质量，因为它们通过LISA频带的演变。总的来说，我们发现有两个不同的人群可辨别的LISA。我们发现，高达90%的二进制动态或隔离形成的偏心率可测量的LISA。最后，我们注意到如何测量偏心率的低质量的二元黑洞孤立地发展可以提供详细的限制物理的黑洞出生踢和共同的信封演变。
2016-09-22 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Binary Black Hole Accretion Flows From a Misaligned Circumbinary Disk
利用三维光滑粒子流体动力学方法研究了双超大质量黑洞吸积流的基本性质，包括环双星盘与双黑洞轨道平面不重合的情况.我们发现，一个圆形的双星系统与未对准的环双星盘通常会产生双峰的质量吸积率变化的每一个双轨道。这是因为每个黑洞在一个轨道周期内穿过环双星盘平面并捕获气体两次。然而，即使在未对准的系统中，如果轨道偏心率适度大（e \lesssim 0.3），则每个双星轨道产生一个单一的峰值质量吸积率变化。质量吸积率峰值的数量可以简单地理解为每个双星黑洞与其最近的环双星盘内缘之间距离的轨道相位依赖性。在不同质量的偏心双星黑洞的情况下，质量较小的黑洞可以比质量较大的黑洞更接近环双星盘，从而从其内部边缘潮汐地分裂气体，但产生的气体流被两个黑洞以很短的时间延迟捕获。因此，组合光变曲线显示出周期性出现的双峰耀斑与一个很短的时间间隔。这可以解释OJ287的光变化。
2012-11-21 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Rapid and Bright Stellar-mass Binary Black Hole Mergers in Active Galactic Nuclei
激光干涉引力波天文台（LIGO）发现了双黑洞双星发射引力波的直接证据。星系核被认为是恒星质量黑洞的聚集地。这些黑洞中的相当一部分（$\sim30\%$）可以存在于双星系统中。我们研究了活动星系核中的黑洞双星的命运，它们被困在中心超大质量黑洞周围的吸积盘的内部区域。我们表明，二进制黑洞可以迁移到磁盘内，然后迅速合并以及在一个萨尔皮特时间。双星也可能从盘中吸积大量的气体，远高于爱丁顿速率。这可能导致可检测的X射线或伽马射线发射，但需要具有几个百分比辐射效率的超爱丁顿吸积，与薄盘相当。我们讨论了引力波观测和黑洞人口研究的影响。我们估计，先进的LIGO可能会检测到$\sim20$这样，气体诱导的二元合并每年。
2016-12-17 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Mass Function of Binary Massive Black Holes in Active Galactic Nuclei
如果活动星系核（AGN）的活动主要是由主要星系合并引起的，那么很大一部分活动星系核的中心应该有大质量的双黑洞。在大质量黑洞与宿主星系共同演化的框架下，基于活动星系核黑洞质量函数和大质量双黑洞与大质量环双星盘相互作用的演化理论，研究了活动星系核中大质量双黑洞的质量函数.环双星盘被假定为稳定的，轴对称的，几何薄，自我调节，自引力，但非碎片的一小部分爱丁顿吸积率，这通常是十分之一的爱丁顿值。对于等质量黑洞，轨道衰变的时间尺度估计为~ 10^8年，与黑洞质量、半长轴和粘性参数无关，但取决于黑洞质量比、爱丁顿比和质能转换效率。这使得任何双星大质量黑洞都有可能在哈勃时间内通过双星-盘的相互作用合并。我们发现，在等质量比和十分之一质量比的活动星系核中，有1.8 ± 0.6%和1.6 ± 0.4%的中心存在轨道周期小于10年的大质量近距离双星黑洞，这些黑洞可以被高灵敏度的X射线监视器如全天X射线图像监视器和Swift/Burst Alert望远镜探测到。假设所有质量比相等的大质量双星，黑洞质量为10^{6.5-7}M_sun的活动星系核中约有20%具有近距离双星，因此提供了最好的探测机会。
2010-08-17 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Relativistic Dynamics and Mass Exchange in Binary Black Hole Mini-Disks
我们提出了第一次探索的相对论气体动力学在紧邻的二元黑洞的系统吸气接近合并的引力辐射驱动的制度。我们专注于2D流体动力学研究的可比质量，非自旋系统。相对论效应以几种方式改变了这种环境中气体的动力学。由于两个黑洞之间的引力势变得比牛顿体系中的引力势更浅，迷你盘向L1点伸展，随着二元分离的减少，在迷你盘之间来回通过的气体量急剧增加。这种“晃动”是准周期性调制在$2$和$2.75$倍的双轨道频率，对应的时间尺度小时到天的超大质量双黑洞。此外，相对论效应在牛顿引力中纯粹是$m=2$的圆盘中的潮汐驱动螺旋波中增加了一个$m=1$分量;当分离距离为$\lesssim 100$引力半径时，这个分量成为主导。晃动和螺旋波都有可能产生独特的辐射特征，这些特征可能是相对论体系中超大质量双黑洞的独特标志。
2017-03-22 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Retrograde binaries of massive black holes in circum-binary accretion discs
本文研究了当双星与气体共面且气体反向旋转时，大质量黑洞双星嵌入环双星气盘中的硬化现象。次级黑洞与气体反方向旋转，受到来自气体动力学摩擦和部分黑洞直接吸积的阻力，利用二维流体动力学网格模拟研究了吸积规则的改变对次级黑洞动力学的影响，进而影响到二进制硬化和偏心率的演化.我们发现，现实的吸积处方导致的结果不同，从那些推断假设吸积的所有气体内的罗氏波瓣的二级黑洞。不同的吸积处方会导致不同的圆盘表面密度，从而改变黑洞的动力学。一些代表性案例的完整3D SPH实现，在较短的时间间隔内运行，验证了在计算要求较低的2D模拟中观察到的一般趋势。最初圆形的黑洞双星只稍微增加它们的离心率，然后在它们变硬时围绕小的值（<0.1）振荡。相比之下，最初的偏心二进制变得越来越偏心。描述黑洞的吸积动力学的半解析模型只探讨了在一个未受干扰的逆行盘的二进制的后期演化阶段，以说明如何偏心率随时间的演变关系到下面的表面密度分布的形状。
2016-04-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Unstable flip-flopping spinning binary black holes
我们用实部和虚部的翻转频率统一描述了自旋双黑洞中的翻转效应和反排列不稳定性。我们发现这种不稳定性只对质量比$0.5<q<1$有效。我们提供的解析表达式，确定的参数空间区域的质量比和自旋幅度$(q,α_1,α_2)$的地图方面发生的不稳定性。这限制了观测双星黑洞引力波的参数估计技术的先验知识，并与此类双星系统的天体物理建模和最终反冲计算有关。
2016-01-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
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
