Three Dimensional MHD Simulation of Circumbinary Accretion Disks -2. Net Accretion Rate
当一个吸积盘围绕着一个以相同方向旋转的双星时，双星会对气体施加很强的转矩。一维近似的分析工作表明，这些扭矩急剧减少，甚至消除吸积盘上的二进制。然而，最近的2D和3D模拟工作已经显示出最适度的减少。我们提出了新的MHD模拟表明，对于质量比为1和0.1的双星，在大半径的吸积率在磁盘上的二进制和吸积率之间基本上没有区别。为了解决与早期的分析估计的差异，我们确定了一小部分的气体轨迹从磁盘的内边缘的二进制和显示如何充分吸积率集中到他们。
2015-07-08 astro-ph.HE
Circumbinary discs around merging stellar-mass black holes
围绕一对合并恒星质量黑洞的环联星盘可能会在合并黑洞反冲期间受到冲击和加热，从而导致与引力波事件几乎同时发生的电磁对应物。冲击发生在反冲半径附近，在那里圆盘轨道速度等于反冲速度。在合并时，这个半径附近的质量对于确定释放多少辐射至关重要。我们探讨了两个限制环双星盘的演变。首先，我们考虑一个吸积盘，感觉不到来自双星的扭矩。除非有一个死区，一个低湍流的区域，否则圆盘在合并之前不会存在。即使有死区，这种情况下的表面密度也可能很小。其次，我们考虑一个光盘，感觉到一个强大的二进制扭矩，防止吸积的二进制。在这种情况下，在合并时感兴趣的区域中存在显著更多的质量。这个圆盘中的死区增加了接近反冲半径的质量。对于典型的二进制盘参数，我们预计吸积显着放缓的共振扭矩从二进制，并为死区存在。我们的结论是，提供了显着的质量轨道的二进制形成后的黑洞的二元和反冲冲击产生的辐射可以有效地逃脱流，有可能是一个可观察到的电磁信号从黑洞二进制合并。
2018-08-18 astro-ph.HE
The importance of live binary evolution in numerical simulations of binaries embedded in circumbinary discs
本文通过高分辨率流体模拟证明，在环双星盘双星模拟中固定轨道会高估引力力矩并抑制吸积率周期调制，而活体轨道演化对准确预测大质量黑洞双星候选体的可观测周期性至关重要。
2023-04-07 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Orbital Evolution of Binaries in Circumbinary Disks
基于大规模流体动力学模拟，研究环双星盘中不等质量偏心双星的轨道演化，给出偏心率平衡及并合或扩张的质量比判据。
2023-02-03 astro-ph.HE astro-ph.SR
Evolution of a Binary Black Hole with a Retrograde Circumbinary Accretion Disk
研究了被逆行吸积盘包围的超大质量黑洞双星的演化。假设盘正好在双星平面上，通过直接气体吸积将能量和角动量传递给双星，我们计算了双星的半长轴$a$和偏心率$e$的时间演化。由于气体在远心处的转移占主导地位，我们发现在保持$a(1+e)$不变的情况下，偏心率迅速增加。在只吸积了次级星系质量的一小部分后，偏心率增长到接近1;从那时起，引力波发射主导了演化，保持恒定的$a(1-e)$。高偏心率的波形将峰值引力波功率从nHz重新分配到$μ$ Hz波段，从而严重影响了脉冲星定时阵列可能探测到的信号。我们还估计了任意偏心率的扭矩耦合双星与倾斜对齐的circumbinary磁盘。如果盘的外缘不是双星分离的极大倍数，逆行吸积可以在这些力矩使双星与质量供应的角动量对齐之前将双星驱动到引力波主导的状态。
2015-04-01 astro-ph.HE
Orbital period decay of compact black hole x-ray binaries: the influence of circumbinary disks?
最近，紧凑型黑洞X射线双星XTE J 1118+480和A0620-00被报道正在经历快速的轨道周期衰减，这比引力波辐射的预期高两个数量级。Ap/Bp星的磁制动被认为是伴星$B_{\rm s}\ga 10^{4}$ G.然而，我们的计算表明，异常磁制动不能显着地有助于在这两个源中观察到的大的轨道周期衰减率，即使$B_{\rm s}\ga 10^{4}$ G。观测提供的证据表明，围绕两个紧凑的黑洞X射线双星的环双星盘可能存在。分析表明，在合理的参数下，环双星盘与双星之间的潮汐力矩可以有效地提取双星的轨道角动量，并产生较大的轨道周期变化率。在环双星盘模型的基础上，利用恒星演化程序模拟了XTE J 1118+480的演化.我们的计算与观测数据（两个分量的质量，施主星半径，轨道周期和轨道周期导数）近似一致。质量传递速率和环双星盘质量明显远大于观测值。因此，环双星盘不可能是某些致密黑洞X射线双星轨道快速衰变的主要原因。
2015-11-02 astro-ph.HE astro-ph.SR
Three Dimensional MHD Simulation of Circumbinary Accretion Disks: Disk Structures and Angular Momentum Transport
我们提出了第一个三维磁流体动力学（MHD）模拟的circumbinary磁盘周围的一个等质量的二进制。双星保持着固定的圆形分离轨道$a$。如在先前的流体动力学模拟中，双星的强扭矩可以保持半径为$\simeq 2a$的间隙。流从$r \simeq 2a$向内弯曲到二元体;它们的一些质量穿过内边界，而其余的则荡回盘中。然而，我们也发现，靠近其内边缘的磁盘开发既强大的$m=1$不对称性和日益增长的轨道偏心率。由于MHD应力将更多的物质引入到间隙中，所以每单位圆盘质量的总扭矩比以前发现的大$\simeq 14$倍。内边界吸积率每单位磁盘质量是$\simeq 40$倍以上，从以前的流体动力学计算发现。隐含的双星收缩率是由双星通过吸积获得角动量和通过引力扭矩失去角动量的速率之间的平衡决定的。大的吸积率使这两个速率接近平衡，但在净，我们发现，$\dot a/a < 0$，其大小是约2.7倍，比早期的流体动力学模拟预测。如果双星系统包含两个大质量黑洞，吸积速率可能大到足以使其中一个或两个成为活动星系核，从而影响到盘体和内部间隙中气体的物理状态。
2012-02-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
Unequal Mass Binary Evolution Driven by High Mach Circumbinary Disks
Clemson University（克莱姆森大学）
研究环二星盘驱动的不等质量黑洞双星轨道演化，探讨马赫数和粘性对双星演化的影响，发现低粘性环境下低质量比双星倾向于螺旋外流，而高粘性环境下则倾向于内流。
2026-03-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
MRI Turbulence versus $α$-Viscosity in Circumbinary Disks: Implications for Gravitational-Wave Dephasing and Accretion Variability
Center for Cosmology and Particle Physics, Physics Department, New York University（纽约大学物理系宇宙学与粒子物理中心）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（西蒙斯平顿研究所计算天体物理学中心）
通过Athena++模拟对比环绕双黑洞盘的HD与MHD过程，发现MHD力矩更大、变异性更强，对引力波相移和吸积变异性的影响与α盘模型存在显著差异。
2026-10-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Warping and tearing of misaligned circumbinary disks around eccentric SMBH binaries
研究了偏心轨道上双超大质量黑洞周围非自引力薄盘的翘曲和撕裂。环双星盘与双星轨道平面有明显的错位，并受到随时间变化的潮汐力矩的影响。原则上，这样的盘是翘曲和旋进的，并且在潮汐旋进力矩强于局部粘性力矩的区域中被撕裂成相互错位的环。我们推导出潮汐翘曲和撕裂半径的偏心SMBH双星周围的不对齐的circumbinary磁盘。我们发现，在磁盘的粘度参数，α，大于一个临界值取决于磁盘的纵横比，磁盘翘曲出现撕裂半径之外。对于H/r ~<0.1，该条件表示为alpha > sqrt{H/3r}，其中H是盘刻度高度。如果α < sqrt{H/3r}，则只有盘撕裂发生，因为潮汐翘曲半径在撕裂半径内，其中大多数盘物质可能快速吸积到SMBH上。在翘曲和撕裂的盘中，潮汐翘曲和撕裂半径都强烈地依赖于双星半长轴，尽管它们也轻微地依赖于其他轨道和盘参数。这种强烈的依赖性使我们能够在观测上确定潮汐弯曲或撕裂半径后估计半长轴：对于0.1 pc的潮汐弯曲半径，具有典型轨道和盘参数的10 ^7 Msun黑洞的半长轴估计为~10^{-2} pc。我们还简要讨论了活动星系核中观测到的弯曲脉泽盘的中心天体是超大质量黑洞双星的可能性。
2015-02-01 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
On the energy dissipation rate at the inner edge of circumbinary discs
我们通过数值模拟和分析，研究了从盘到双星系统的吸积过程的细节。我们发现，能量耗散在边缘的一个circumbinary光盘，这是与潮汐扭矩，保持腔：角动量转移到光盘通过压缩冲击和粘性摩擦的作用从二进制。这些冲击可以被看作是由漂移到空腔中的流体元素产生的，并且在被吸积之前，被加速到将它们送回撞击圆盘的轨道上。能量耗散的速率近似等于盘内边缘每单位质量的势能与吸积速率的乘积，吸积速率是根据盘腔边缘以外的参数估计的，这在没有双星的情况下会发生。对于非常薄的光盘，到二进制的实际吸积率可能显着less. We计算的能量发出的环双星盘考虑到能量耗散在内部边缘，也辐射产生的再处理的光从恒星。我们发现，对于紧PMS双星，SED是占主导地位的发射从内边缘在1-4和10 $μ$ m之间的波长。这可能适用于CoRoT 223992193和V1481 Ori等系统。
2016-09-27 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Analytical and Numerical Analysis of Circumbinary Disk Dynamics -- I: Coplanar Systems
本文通过解析与数值方法研究共面环双星盘动力学，发现环双星间隙由本轮不稳定性而非共振力矩维持，对搜寻超大质量黑洞双星信号具有重要意义。
2023-12-10 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Analytical and Numerical Methods for Circumbinary Disk Dynamics -- II: Inclined Disks
本文通过二维流体力学模拟与解析分析，研究倾斜环双星盘中双星力矩与黏滞力矩的分布及中心空隙稳定性，发现倾角接近45度时系统无法达到准稳态，并揭示了力矩平衡缺失或随时间振荡的构型，为理解超大质量黑洞双星的引力波与电磁对应体提供依据。
2024-09-29 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Fast orbital shrinkage of black hole X-ray binaries driven by circumbinary disks
最近，黑洞X射线双星（BHXB）Nova Muscae 1991被报道正在经历一个非常快速的轨道衰变。迄今为止，有三个BHXB具有非常高的轨道周期导数，这不能用标准的恒星演化理论来解释。在这项工作中，我们调查的二进制和周围的circumbinary（CB）盘之间的共振相互作用是否可以产生所观察到的轨道周期导数。分析计算表明，观测到的XTE J1118+480和A0620-00的轨道周期导数可以来源于双星与质量为$10^{-9}~\rm M_{\odot}$的CB盘之间的潮汐力矩，这与这两个源中探测到的尘埃盘质量基本一致。然而，苍蝇座新星1991可能被一个质量为$10^{-7}~\rm M_{\odot}$的重CB盘所包围。基于CB盘模型和反常磁制动理论，我们利用MESA程序模拟了三个中等质量施主星BHXB的演化过程。我们的模拟结果与观测到的施主星质量、轨道周期和轨道周期导数基本一致。然而，计算的施主星的有效温度高于两个源的观测光谱类型所指示的。
2019-04-22 astro-ph.HE
Rapid Orbital Decay of Supersoft X-Ray Source WX Cen: a Surrounding Circumbinary Disk
School of Science, Qingdao University of Technology（青岛理工大学理学院）；School of Physics and Electrical Information, Shangqiu Normal University（商丘师范学院物理与电子信息学院）
研究超软X射线源WX Cen快速轨道衰减问题，提出由双星与环绕双星盘共振相互作用产生的潮汐扭矩导致，通过恒星演化模型表明带特定质量环绕双星盘的WD双星可演化成类似WX Cen的系统并触发氢燃烧。
2026-07-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
Circumbinary Accretion from Finite and Infinite Disks
利用{ \footnotesize AREPO}对环双星盘吸积过程进行了二维粘性流体动力学模拟。我们解决了吸积流从一个大规模的CBD到流光和磁盘周围的个别二进制组件。扩展我们最近的研究\citep{mun19}，我们认为圆形双星与各种质量比（$0.1\leq q_{\rm{b}}\leq1$）和研究吸积从"无限“，稳定供应盘和有限大小，粘性传播环面。对于"无限“盘，可以达到全局稳定状态，并且吸积可变性对于$q_{\rm{b}}>0.5$具有主频率${\sim}0.2Ω_{\rm{b}}$，对于$q_{\rm{b}}<0.5$具有主频率$Ω_{\rm{b}}$，（$Ω_{\rm{b}}$是二进制角频率）。我们发现吸积“本征值”$l_0$ --每单位吸积质量从盘到双星的净角动量转移--总是正值，并且落在范围（$0.65$ - $0.85)a_{\rm b}^2Ω_{\rm{b}}$（其中$a_{\rm{b}}$为双星分离））内，对质量比和粘度的依赖很弱。当$q_{\rm{b}}\gtrsim0.3$ .从一个有限的环面的吸积可以分为两个阶段：一个初始的瞬态阶段，对应于填充的二进制腔，其次是一个粘性的伪稳定阶段，在此期间的环面粘性扩展和吸积到二进制。在粘性阶段，二元系每单位吸积质量的净扭矩接近$l_0$，即针对“无限”圆盘推导出的值。我们的结论是，从CBD吸积的类似质量的双星获得角动量和…
2019-12-17 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
On the orbital evolution of binaries with circumbinary discs
环双星盘一般被认为是通过轨道共振引起的引力力矩，从双星轨道上吸收角动量和能量。这个过程导致双星轨道随时间的收缩，并且在各种天体物理学背景下都很重要，包括恒星双星的轨道演化，原行星盘中行星的迁移，以及黑洞双星（恒星和超大质量）的演化。致密双星的合并提供了宇宙中引力波的来源。最近，几个研究小组报告了环双星盘的数值模拟，得出了相反的结果，发现双星随着时间的推移而膨胀。在这里，我们认为，这一结果主要是由于模拟参数的选择，数值的原因，这不同于现实的光盘参数在许多情况下。我们提供的物理参数，然后证明与三维流体动力学模拟，厚（高压，高粘度）光盘驱动器足够的吸积高角动量材料，迫使二元膨胀，而在更现实的情况下薄（低压，低粘度）光盘有较少的吸积和二元收缩。在后一种情况下，潮汐通常将角动量和能量从旋转速度更快的物体（双星）转移到旋转速度较低的物体（圆盘），是圆盘双星演化的主要驱动力。这会导致二进制文件缩小。因此，我们的结论是，对于常见的环双星盘参数，非极端质量比的双星预计会随着时间的推移而缩小。如果盘的粘度异常高，双星的膨胀可能会发生，这可能发生在非常厚的盘中，例如环行星盘，超级爱丁顿活动星系核，或被动原恒星盘的外部区域被加热。（节略）。
2020-07-22 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Lyman edges in supermassive black hole binaries
我们提出了一个新的光谱特征的超大质量黑洞双星（SMBHB）的circumbinary气体盘：急剧下降的流量蓝莱曼极限。如果在光谱的莱曼连续区中占主导地位的气体足够冷（T <20，000 K）以包含大量的中性氢，则会产生突出的边缘。如果双星的扭矩在圆盘中打开一个中心空腔，并从内部区域清除大部分热气，并且如果来自单个BH的任何残余UV发射是暗淡的或间歇性的，则环双星圆盘可能处于这种状态。我们使用辐射转移代码TLUSTY模型的垂直结构和光谱的circumbinary磁盘，并确定BH质量和二元分离产生莱曼边缘的范围。我们发现，轨道周期为0.1 - 10年的紧凑超大质量双星，其引力波（GWs）预计将被脉冲星定时阵列（PTA）检测到，可能有突出的莱曼边缘。这样强的光谱边缘特征通常不存在于活动星系核的光谱中，可以作为SMBHB存在的佐证。
2014-11-16 astro-ph.HE
Hydrodynamics of circumbinary accretion: Angular momentum transfer and binary orbital evolution
利用AREPO程序对环双星吸积过程进行了二维粘性流体动力学模拟。我们自洽地计算吸积流在广泛的空间尺度，从circumbinary磁盘（CBD）远离中央二进制，通过吸积流，磁盘周围的个别二进制组件，解决流量下降到2%的二进制分离。我们专注于等质量的任意偏心双星。我们发展的流量在很长的时间尺度（粘性），直到达到准稳定，在大距离$\dot{M}_0$（假设常数）的质量供应率等于时间平均的质量转移率在磁盘和总质量吸积率到二进制组件。这种准稳态允许我们计算长期角动量转移率到二进制，$\langle\dot{J}_b\rangle$，和由此产生的轨道演化。通过直接计算双星的引力矩和吸积矩，我们发现$\langle\dot{J}_b\rangle$始终是正的（即，的二进制增益角动量），与$l_0\equiv\langle\dot{J}_b\rangle/\dot M_0$在$(0.4-0.8)a_b^2Ω_b$的范围内，取决于二进制偏心率（其中$a_b,~Ω_b$是二进制半长轴和角频率），我们还发现，这$\langle\dot{J}_b\rangle$等于净角动量电流通过CBD，表明全球角动量平衡是在我们的模拟实现。本文计算了偏心双星轨道能量的时均变化率，从而得到了长期变化率$\langle\dot a_b\rangle$和$\langle \dot{e}_b\rangle$。在所有情况下，$\…
2019-01-09 astro-ph.EP astro-ph.HE
Gas pile-up, gap overflow, and Type 1.5 migration in circumbinary disks: general theory
从行星到黑洞，许多天体物理学上的双星都对它们的环双星吸积盘施加很强的扭矩，并被认为会显著改变盘的结构。尽管这一课题已经有几十年的历史，但双星+盘系统的联合演化还没有用任意质量比和吸积率的自洽假设来模拟。在这里，我们解决了耦合的磁盘演化方程解析在强扰动的限制，治疗的磁盘和二进制和修改的密度，标度高度之间的方位角平均角动量交换，粘度自洽，包括粘性和潮汐加热，扩散限制冷却，辐射压力，和二进制的轨道衰变。我们找到了一个解决方案与中央空腔和迁移率类似于先前获得的II型迁移，适用于大质量和二元分离，和接近相等的质量比。然而，我们确定了一个独特的新制度，适用于较小的分离和质量，质量比在0.001< q < 0.1的范围内。在这些系统中，气体在双星轨道外堆积，但并没有形成空腔，而是像多孔堤坝一样不断溢出。磁盘配置文件是一个弱扰动磁盘（产生I型迁移）和磁盘之间的间隙（与II型迁移）。然而，中学的迁移率通常低于I型和II型。我们将这种新的制度称为“1.5型”移徙。
2012-09-13 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.HE
Accretion discs with non-zero central torque
我们提出了一个非零的中心扭矩吸积盘的解析和数值解。我们用一个参数$f$来表示，它是从内边界向外的角动量粘性通量与那里向内的角动量平流通量之比。标准的“吸积”盘，其中心边界条件为零扭矩，用$f=0$表示。内边界处径向速度为零的“递减”圆盘用$f\rightarrow\infty$表示。对于$f > 0$，在内边界处向盘施加扭矩，该扭矩将角动量和能量两者馈送到盘中。例如，在环双星盘的情况下，共振将能量和角动量从双星转移到盘轨道，或者盘围绕着旋转的磁星，这可以允许盘轨道在磁层半径处向外加速。我们提出了稳态的解决方案，光盘结构作为一个功能的$f$，并为任意运动粘度$ν$。对于时间相关的光盘，我们解决了方程，使用格林函数的方法为$ν\propto R$的具体情况下，并提供了一个例子数值解的情况下，$ν\propto R^{3/2}$的方程。我们发现，对于值的$f\lesssim 0.1$光盘的解决方案非常类似于“吸积”光盘。对于值$f \gtrsim 10$的解决方案最初类似于“递减”盘，但在足够晚的时间表现出“吸积”盘的属性。我们讨论了这一理论的应用，以不同的天体物理系统，特别是值的$f$参数，预计在不同的情况下。
2020-08-17 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Circumbinary MHD Accretion into Inspiraling Binary Black Holes
当两个紧密结合的黑洞接近并合时，它们的螺旋上升时间变得比周围轨道物质的特征流入时间短。采用一种新的方法，即用2.5PN近似表示轨道物质所占区域的变化时空，用3.5PN近似表示双星轨道演化，模拟了等质量非自旋双星周围的环双星盘的MHD演化。在开始的inspiral，环双星盘的结构预测以及从牛顿的结果外推。双星打开了一个低密度的间隙，其半径大约是两个双星间隔，物质堆积在这个间隙的外缘，因为双星施加的扭矩阻碍了流入;尽管如此，吸积率相对于其在更大半径处的值仅减少了约2倍。在螺旋过程中，盘的内边缘首先向内移动，与收缩的双星协调，但随着轨道演化的加速，内边缘向更小半径移动的速度落后于双星压缩的速度。在这一阶段，从双星到盘的角动量转移速率大大减慢，但净吸积速率仅下降10- 20%。当双星间距为几十个引力半径时，盘辐射的静止质量效率为百分之几，这表明星系核中的超大质量双星黑洞在其演化的这个阶段可能非常明亮。如果光度在光学上是薄的，它将被调制在一个频率上，这个频率是盘表面密度最大值的轨道频率和双星轨道频率之间的拍频。然而，具有足够表面密度的盘也应该是光学厚的，因此，周期性调制可以被抑制。
2012-04-04 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Dynamics and spin alignment in massive, gravito-turbulent circumbinary discs around supermassive black hole binaries
本研究通过3D流体动力学模拟探究超大质量黑洞双星周围环双星盘的动力学与自旋演化，发现双星均会收缩且无次级黑洞优先吸积，导致引力波背景较弱，但自旋对齐速度快于双星旋近时标。
2024-09-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gas pile-up, gap overflow, and Type 1.5 migration in circumbinary disks: application to supermassive black hole binaries
研究了超大质量黑洞与标准辐射有效薄吸积盘的相互作用。我们研究的磁盘和迁移SMBH系统的稳态配置，自洽占潮汐和粘性扭矩和加热，辐射扩散限制冷却，气体和辐射压力，以及二进制的轨道衰减。我们得到一个“相图”的系统作为一个功能的二进制参数，显示制度中的磁盘结构和迁移有一个不同的字符。虽然大质量双星可以在大半径的圆盘中产生一个中心间隙，但次级双星的潮汐屏障会导致其轨道外的气体大量堆积，这可能导致间隙的关闭。我们发现，这种溢出发生在轨道间距为~200 M_7^{-1/2}引力半径时，其中M = 10^7 M_7 Msun是双星的总质量。如果次级星系的质量小于~10^6兆太阳，那么在引力波（GW）开始主导轨道衰变之前，这个间隙就会闭合。在这种状态下，圆盘仍然受到强烈的扰动，但堆积的气体像多孔的堤坝一样不断溢出，并穿过次级轨道。相应的迁移率，我们标记为1.5型，比通常称为I型和II型迁移的极限情况慢。与未受扰动的圆盘相比，处于溢出状态的稳态圆盘在光学波段的亮度高达数百倍。像PanSTARRS或LSST这样的调查可能会发现这个双星群体的周期性变化。我们的研究结果意味着围绕SMBH的环双星盘可以扩展到小半径的合并的最后阶段，当他们被LISA检测到，并可能产生一致的电磁（EM）发射类似于活动星系核（AGN）。
2012-09-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Torque Enhancement, Spin Equilibrium, and Jet Power from Disk-Induced Opening of Pulsar Magnetic Fields
旋转恒星的磁场与周围等离子体盘的相互作用是X射线双星中中子星提出的许多问题的核心。我们认为恒星的磁通量的开放，由于沿场线耦合的恒星和磁盘的差分旋转，使用一个简单的模型，磁盘开放的通量，对恒星施加的转矩由磁层，和电磁风提取的功率。我们研究的条件下，系统进入一个平衡的自旋状态，其中的吸积扭矩是瞬间平衡的脉冲星风扭矩单独。对于磁矩、自旋频率和与吸积毫秒磁星相关的吸积率，来自这种增强脉冲星风的自旋下降扭矩可以大大大于现有的磁盘-磁层相互作用模型所预测的扭矩，并且原则上能够在低于1 kHz的频率下保持自旋平衡。我们推测，这种机制可能占未检测到的频率增加爆发期间的SAX J1808.4-3658和XTE J1814-338，并可能是一般负责防止自旋到亚毫秒周期。如果脉冲星风被周围环境准直，产生的喷流可以满足来自Cir X-1和Sco X-1的高度相对论流出的功率要求。在这个框架中，喷流功率与吸积率L_j ~ Mdot^{4/7}的比例关系相对较弱，并且只有当恒星的磁矩足够低时，喷流功率才会在高吸积率下受到抑制。
2016-07-12 astro-ph.HE
The Evolution of Accreting Binaries: from Brown Dwarfs to Supermassive Black Holes
该研究系统调查了从棕矮星到超大质量黑洞的环绕双星吸积盘，发现低质量比双星多外旋，但某些质量比下快速内旋，且粘性空间分布影响优先吸积，并解释了变率与偏心率的关系。
2023-10-11 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Radiatively inefficient accretion flows induced by gravitational-wave emission before massive black hole coalescence
研究了在引力波驱动下大质量双黑洞演化过程中的吸积流。在双星轨道由于与大质量环双星盘的相互作用而衰减之后，双星与环双星盘解耦，因为由于引力波的发射而导致的轨道衰减时标变得比在环双星盘的内边缘处评估的粘性时标短。在随后的演化过程中，吸积盘在潮汐半径处由于潮汐力矩的作用而被截断，并随着轨道的衰减而收缩。假设由这个过程改变的盘质量都是吸积的，当半长轴是几百个史瓦西半径时，盘的辐射效率变得很低。尽管辐射热光度很低，但高能辐射是在黑洞合并之前很久从每个黑洞周围的吸积盘中发出的，也是引力波信号。如果每个黑洞周围都有一个强的偶极磁场，那么同步加速器过程可以在很远的距离产生潜在的可观测的无线电辐射。在不等质量比双星中，由于次级黑洞盘的射电辐射比初级黑洞盘的射电辐射亮度高、持续时间短，所以在观测的光变曲线上可以看到台阶状的光变。这样的前兆不是单一黑洞系统所独有的，而是二元黑洞系统所独有的，这意味着二元黑洞最终会在没有吸积盘的情况下合并。
2010-12-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Binary Black-Hole Mergers in Magnetized Disks: Simulations in Full General Relativity
我们提出的结果，从第一个完全广义相对论，磁流体动力学（GRMHD）模拟的等质量黑洞二进制（BHBH）在磁化，环二进制吸积盘。我们模拟前和后解耦阶段的BHBH磁盘系统和“冷却”和“无冷却”的气体流动。在解耦之前，由于MHD湍流，双星潮汐力矩和有效粘性力矩之间的竞争耗尽了双星轨道内部的盘。然而，它也诱导双流吸积流和温和的相对论极性流出的黑洞。在退耦之后，但在气体填充残骸周围的低密度“空洞”之前，吸积率降低，而在合并之后，由于冲击加热和吸积到旋转的BH残骸上，电磁（EM）光度迅速增强。这项调查，虽然初步的，预览更详细的GRMHD模拟，我们计划在未来的预期，同时检测引力和EM辐射合并BHBH磁盘系统进行。
2012-12-03 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Radiation pressure role in accreting massive black hole binaries
Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；INFN, Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部）；Università degli Studi di Milano（米兰大学）；DiSAT, Università degli Studi dell’Insubria（因苏布里亚大学 DiSAT）
研究辐射压力对环绕吸积大质量黑洞双星（MBHBs）的双星盘的影响，采用三维超拉格朗日分辨率水动力模拟，发现辐射压力显著改变盘的垂直和热结构，导致更薄更冷的盘配置，从而减少吸积率并抑制环形偏心率增长和进动。
2025-08-25 astro-ph.CO 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
Filling the disk hollow following binary black hole merger: The transient accretion afterglow
来自双星黑洞（BHBH）的潮汐力矩清空了任何环绕双星的气体吸积盘的中心区域。潮汐力矩和粘性之间的平衡使盘的内边缘保持在半径r ~ 1.5a - 2a处，其中a是二元半长轴。最后，这对吸入的双星从盘中分离并合并，在盘中留下一个中心空洞（“甜甜圈洞”），围绕残余的黑洞旋转。我们提出了一个简单的，随时间变化的，牛顿计算，遵循长期（粘性）的磁盘的演变，因为它填补了空心的黑洞最里面的稳定的圆形轨道，然后放松到静止平衡。我们使用我们的模型来计算电磁辐射（“余辉”）在这个短暂的吸积时代发出的频谱。观察总电磁通量的时间增加和频谱的硬化，因为环形洞填充可能有助于确认引力波干涉仪检测到的BHBH合并。我们展示了如何非常存在的初始空心可以导致超爱丁顿吸积在这个长期阶段，如果率不是很远低于爱丁顿之前去耦。我们的模型，虽然高度理想化，可能是有用的，在建立一些关键参数，热发射功能和缩放的特点，这种瞬态。它可以作为指导未来的辐射磁流体动力学模拟在广义相对论的设计和校准。
2009-12-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Migration of massive black hole binaries in self--gravitating accretion discs: Retrograde versus prograde
研究了在自引力逆行环双星盘中迁移的黑洞双星的质量传递、吸积和引力矩之间的相互作用。直接比较与一个完全相同的双折射盘表明：（i）由于没有共振，腔的大小是一个因素a（1+e）小逆行盘;（ii）尽管如此，收缩的圆形二进制的半长轴，a，是相同的，在这两种情况下;（iii）一个圆形的二进制逆行盘仍然是圆形的，而偏心的二进制变得更加偏心。对于非圆双星，我们测量了轨道衰减率和偏心率增长率的指数，只要双星轨道在其盘平面内。此外，对于这些共面系统，我们发现，相互作用（~非零扭矩）源于仅从腔边缘加上a（1+e）在光盘，即为动力学的目的，光盘可以被视为一个小的径向范围的环。我们发现，简单的“尘埃”模型，其中的二进制盘的相互作用是纯粹的引力可以占所有主要的数值结果，无论是对逆行和逆行盘。此外，我们还讨论了高偏心双星发生不稳定性的可能性，使它离开盘平面，长期倾斜和收敛到一个椭圆系统。结果表明，自引力盘中双星存在两种稳定的构型：一种是特殊的圆形逆行构型，另一种是偏心（e~ 0.6）的椭圆形构型。
2013-07-24 astro-ph.HE gr-qc
Vacuum Electromagnetic Counterparts of Binary Black-Hole Mergers
作为一个系统的建模电磁（EM）发射从一个螺旋黑洞的二进制，我们考虑一个简单的情况下，二进制移动在一个统一的磁场锚定到一个遥远的circumbinary盘。我们通过求解Einstein-麦克斯韦方程组来研究这个系统，其中电磁场的强度与天体物理学一致。我们考虑自旋与轨道角动量对齐或反对齐的双星，并研究这些自旋配置的引力和电磁信号的依赖性。总的来说，我们发现，在最低的l=2，m=2多极的EM辐射准确地反映了引力的，具有相同的相位演化和振幅，不同的只有一个比例因子。我们还计算了电磁波的能量发射效率，发现它由E^rad_EM/M ~ 10^-15（M/10^8 M_Sun）^2（B/10^4 G）^2给出，因此比实际磁场的引力能小13个数量级。如果系统以接近爱丁顿速率吸积，则相应的光度远小于吸积光度。最重要的是，这种电磁辐射的频率为10^-4（10^8 M_Sun/M）Hz，远远超出了天文射电观测的范围。因此，这里讨论的电磁辐射不太可能与引力波辐射同时被直接探测到。然而，由EM场行为的变化驱动的间接过程可以产生可观察到的事件。特别是，如果环双星盘的吸积率很小，并且在最终的螺旋时间尺度上足够稳定，那么EM发射可以间接观察到，因为它将通过扭曲的磁场线施加的磁矩改变吸积率。
2009-12-11 astro-ph.HE gr-qc
Accretion and Orbital Inspiral in Gas-Assisted Supermassive Black Hole Binary Mergers
许多星系的中心都可能有双超大质量黑洞（SMBH）。它们与周围气体的相互作用导致吸积和通过潮汐力矩交换角动量，促进双星螺旋上升。在这里，我们探讨了这两个过程之间的非平凡耦合，并分析了外部提供的环双星盘的全局属性取决于二进制吸积率。通过将我们的结果用内应力驱动的角动量通量来表示，我们给出了一个非常简单的可能的全局盘结构的分类，它不同于标准常数$\dot M$吸积盘解.双星潮汐对吸积的抑制，导致内部盘中大量的物质积累，加速了双星的螺旋上升。我们发现，一旦磁盘区域强烈扰动的粘性传输的潮汐扭矩超过二进制半长轴，二进制可以合并在小于其质量倍增时间，由于吸积。因此，与由恒星散射驱动的吸气不同，即使双星被嵌入相对较低质量的盘（低于其自身质量）中，气体辅助的合并也会发生。这对于解决SMBH双星的“最后秒差距”问题和理解宇宙中强大的引力波源具有重要意义。我们认为，在最近的一些模拟中发现的双星吸积的增强不能持续很长一段时间，不应该影响长期的轨道螺旋。我们还回顾了现有的模拟SMBH二进制磁盘耦合，并提出了一个数值设置，这是特别适合于验证我们的理论预测。
2016-02-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gas-induced perturbations on the gravitational wave in-spiral of live post-Newtonian LISA massive black hole binaries
本研究通过含2.5阶后牛顿修正的流体模拟，首次测量并合前活双星的气体力矩，发现气体诱导的轨道相位偏移可被LISA探测，为用引力波研究环双星盘及多信使观测提供依据。
2025-10-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Hydrodynamical Evolution of Black-Hole Binaries Embedded in AGN Discs
LIGO/VIRGO在引力波中探测到的活动星系核盘中的恒星质量双黑洞可能是黑洞合并的前身。为了更好地了解BBH与盘气体相互作用的流体动力学演化，我们进行了一套高分辨率的2D模拟的二进制本地盘（剪切盒）模型，考虑各种二进制质量比，偏心率和背景盘属性。我们使用$γ$定律状态方程，并采用一个强大的后处理处理，以评估质量吸积率，扭矩和能量转移率的二进制，以确定其长期的轨道演化。我们发现，圆形可比质量双星合同，轨道衰变率的几倍的质量倍增率。偏心双星总是经历偏心阻尼。具有较高偏心率或较小质量比的顺行双星通常有较慢的轨道衰变率，在某些极端情况下会出现轨道膨胀。平均的双星质量吸积率取决于吸积体的物理尺寸。的吸积流是高度可变的，占主导地位的变异频率是明显的二进制轨道频率（在旋转框架围绕中央大规模BH）的圆形双星，但逐渐转移到径向周转频率作为二进制偏心率的增加。我们的研究结果表明，嵌入活动星系核盘的BBH的动力学是完全不同的孤立的双星在自己的环双星盘。此外，我们的研究结果表明，硬化的时间尺度的二进制文件是远远短于他们的迁移时间尺度的光盘，所有合理的二进制和光盘参数。
2022-09-07 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
The erratic path to coalescence of LISA massive black hole binaries in sub-pc resolution simulations of smooth circumnuclear gas disks
我们报告的高分辨率模拟，探索轨道衰变的大质量黑洞（MBH）与$10^5$和$10^7 M_{\odot}$嵌入在一个环核气体盘（CND）之间的质量对。采用绝热状态方程，具有一系列绝热指数，保持平稳流动。在这个质量范围内的MBH之间的合并将被即将到来的激光干涉仪空间天线（LISA）检测到。从CND尺度（$100$ ~pc）到$0.1$- $0.01$ ~pc的轨道演化，在此轨道上可以形成环双星盘（CBD）。衰减是不稳定的，并且强烈地依赖于盘内的气流，这最终决定了下沉MBH所经历的净扭矩。总的来说，我们可以确定三个不同的演化阶段：（i）最初的缓慢衰减，导致轨道角动量没有显着变化，导致一些圆化;（ii）快速迁移阶段，轨道角动量迅速减少;（iii）最终，非常缓慢的衰减阶段，轨道角动量甚至可以增加，CBD可以形成。快速迁移阶段是由于圆盘驱动的扭矩，主要来自次级MBH的共轨区域，距离为1- 3 Hill半径。我们发现与原行星盘中大质量行星的快速III型迁移有很强的相似之处。只有当衰变率变得足够小，使其有足够的时间在主MBH周围雕刻一个空腔时，CBD才会形成，尺度为$\lesssim 1$ ~pc;当这种情况发生时，MBH分离在我们的高分辨率运行中几乎停止。我们建议一个经验修改的缺口开放标准，考虑到这种时间尺度的影响，以及其他偏离标准的假设在文献中。[删节]
2020-03-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
Magnetically driven outflows in 3D common-envelope evolution of massive stars
本研究利用 AREPO 对比有无磁场的三维共包层模拟，量化红超巨星—黑洞系统中磁驱动双极外流的质量抛射、角动量提取及轨道收缩效应，并提出修正 $α_\mathrm{CE}$ 形式体系。
2025-04-16 astro-ph.HE astro-ph.SR
Gas-induced gravitational-wave dephasing and accretion periodicities of live post-Newtonian massive black hole binaries: warm disk
Center for Cosmology and Particle Physics, Physics Department, New York University（纽约大学物理系宇宙学与粒子物理中心）；Dipartimento di Fisica A. Pontremoli, Università degli Studi di Milano（米兰大学A. Pontremoli物理系）；DiSAT, Università degli Studi dell’Insubria（因苏布里亚大学DiSAT）；INFN, Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰-比可卡分部）
通过3D流体动力学模拟，研究0.1纵横比的共转盘对等质量大质量黑洞双星在引力波驱动下旋进的影响，发现气体引起的轨道相位偏移为0.12弧度，LISA可探测到。
2026-10-01 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
The evolution of a binary in a retrograde circular orbit embedded in an accretion disk
超大质量黑洞双星可能是星系合并的结果。逆行和逆行轨道都被提出。我们研究了一个小的质量比，q，在逆行轨道沉浸在一个气体吸积盘和相互作用，以估计的时间尺度向内迁移导致合并和吸积率的第二个组件。我们采用半解析方法和二维数值模拟，重点放在的情况下，二进制的质量比很小，但足够大，显着扰动磁盘。我们开发的理论，I型迁移的这种情况下，并确定间隙形成的条件，发现然后向内迁移发生在一个时间尺度上，等于所需的时间的一半的二次质量通过未扰动磁盘吸积，吸积到二次只扮演一个次要的角色。半解析和全数值方法是在很好的协议，前者适用于长时间尺度。由与盘的相互作用引起的向内迁移使最后的秒差距问题更加复杂。吸积到次级上不会显著影响轨道演化，但可能对高吸积效率产生观测结果。双星可能会出现两个辐射源围绕彼此旋转。这项研究应扩大到考虑具有显著偏心率的轨道和小尺度重力辐射的影响。还要注意的是，作用在环双星盘和逆行双星轨道之间的扭矩可能会导致相互倾斜在时间尺度上增加，这可能与轨道演化相似，或小于轨道演化，这取决于详细的参数。这也是今后研究的一个方面（略）。
2014-10-13 astro-ph.HE
Emission Signatures from Sub-parsec Binary Supermassive Black Holes III: Comparison of Models with Observations
本文提出了一种比较观测到的超大质量黑洞候选者的H $β$发射线轮廓和环双星盘中亚秒差距黑洞模型的方法。使用基于主成分分析的方法，我们推断的光谱SBHB候选人的二进制参数的值，并评估参数退化，代表这种测量固有的不确定性。我们发现，作为一个人口，SBHB候选人有利于半长轴对应的平均值$\log(a/M) \approx 4.20\pm 0.42$和可比的质量比，$q>0.5$。如果考虑的SBHB候选者是真正的双星，这个结果将表明存在一个物理过程，允许最初不相等的质量系统向可比的质量比发展（例如，优先发生在较小的黑洞上的吸积）或指向某种尚未明确的选择偏差。我们的方法还表明，SBHB候选人同样有利于配置中的迷你磁盘共面或不对齐的二元轨道平面。如果对于真正的SBHB得到确认，则该发现将指示存在将迷你盘的未对准维持到亚秒差距二进制分离的物理机制（例如，由重力力矩驱动的进动）。SBHB参数的概率分布推断所观察到的SBHB候选人和我们的控制组AGN是统计上无法区分的，这意味着这种方法原则上可以用来解释所观察到的发射线配置文件，一旦确认SBHB的样本是可用的，但不能作为一个决定性的二元性测试。
2020-04-27 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Eccentric Disks from Gaseous Rings around Equal-Mass, Circular Binaries
Center for Cosmology and Particle Physics, Physics Department, New York University（纽约大学物理系宇宙学与粒子物理中心）；Department of Astronomy, California Institute of Technology（加州理工学院天文学系）；Department of Physics and Astronomy, Clemson University（克莱姆森大学物理与天文系）
研究通过高分辨率模拟揭示了二星环在粘性扩散过程中形成偏心盘的机制，并探讨了其对类星体光变曲线和双峰线发射的影响。
2026-05-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Winds Against Alignment: AGN Feedback and the Spin Evolution of Massive Black Hole Binaries
Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP)（波茨坦莱布尼茨天体物理研究所）；Institut d’Astrophysique de Paris, Sorbonne Universit´e, CNRS（巴黎天体物理研究所，索邦大学，法国国家科学研究中心）；DiSAT, Università degli Studi dell’Insubria（因苏布里亚大学 DiSAT 系）；INFN, Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰-比可卡分部）；Dipartimento di Fisica G. Occhialini, Università di Milano-Bicocca（米兰-比可卡大学 G. Occhialini 物理系）；INAF, Osservatorio Astronomico di Brera（意大利国家天体物理研究所布雷拉天文台）
该研究通过GIZMO流体动力学模拟发现，AGN反馈会抑制大质量黑洞双星的自旋对齐，使其停滞并影响吸积，这对LISA引力波观测的解释具有重要意义。
2026-08-27 astro-ph.HE
Binary black hole mergers in gaseous disks: Simulations in general relativity
对并合黑洞双星的引力波和电磁波同时观测可以为引力物理、吸积和宇宙学的研究提供独特的机会。在这里，我们进行全面的广义相对论，流体动力学模拟的等质量，非自旋BHBHs合并在一个circumbinary磁盘。我们发展的度量使用鲍姆加特夏皮罗柴田中村（BSSN）制定的爱因斯坦场方程与标准移动穿刺规范条件。我们通过高分辨率激波捕获（HRSC）方案处理流体动力学。我们从10 M的双星分离开始跟踪内旋，其中M是双星的总质量。我们假设圆盘的内半径为R_in~ 15 M，以考虑由二元力矩产生的中空。我们的磁盘延伸至R= 65 M，初始刻度高度为H/R=0.03-0.11。气体由伽马定律的状态方程控制，伽马等于5/3，4/3和1.1。在“早期螺旋”时期，允许微扰松弛，以提供准平稳的真实初始数据。然后，我们在“后期螺旋和合并”的时代演变的度量和物质。后来的模拟被设计成跟踪BHBH螺旋以下磁盘二元去耦，通过合并和衰荡，终止前粘度有时间来填补空洞的残余物。我们计算的气体流量和吸积率和估计的电磁光度由于韧致辐射和同步辐射作为光学薄磁盘的扰动。对于一个10^8 M_sun的双星，其光度的同步分量在红外波段达到峰值，并且应该可以被WFIRST和可能的LSST探测到，该双星嵌入在一个圆盘中，在z=1时密度为n~10^12/cm^3，在去耦时开始的最大值为$L~10^46 n_12^2 M_8^3 erg/s，在约1…
2011-07-10 astro-ph.HE gr-qc
