Massive Stellar Mergers as Precursors of Hydrogen-rich Pulsational Pair Instability Supernovae
双星系统中大质量恒星之间的相互作用被认为是观测到的超新星多样性的主要原因。随着调查探索更罕见的事件群体，我们应该期待看到超新星产生于越来越不常见的祖先通道。在这里，我们研究了一种情况，即大质量恒星在形成氢耗尽的核心后合并。我们认为，这可能会产生恒星爆炸的对不稳定超新星（PISNe）显着更多的氢，在一个给定的金属丰度，比在单星模型具有相同的爆炸前富氧的核心质量。我们调查了那些恒星合并，后来产生脉动PISNe的子集，并估计，这种合并后，富含氢的脉动PISNe的速度可以接近千分之几的所有核心坍缩超新星。这种富含氢的脉动PISNe的性质和预测速率让人想起非常不寻常的超新星iPTF14hls。对于合理的假设，来自类似合并的PISNe可能主导局部宇宙中PISNe的速率。
2019-04-25 astro-ph.HE astro-ph.SR
The Effect of Pair-Instability Mass Loss on Black Hole Mergers
两个起源于恒星的黑洞的合并是引力波的主要来源，并且正在进行深入的研究。到目前为止，他们建模中的一个关键因素被忽视了。对不稳定脉动超新星伴随着严重的质量损失可能会抑制大质量黑洞的形成，降低最高黑洞质量的黑洞合并率。与对不稳定脉动超新星相关的质量损失将星族I/II恒星起源的黑洞质量限制在50 Msun，与早期预测的最大黑洞质量可能高达100 Msun相矛盾。对不稳定脉动超新星对双黑洞合并速率的抑制对于我们的演化通道是可以忽略的。我们的标准演化模型，包括对不稳定脉动超新星和对不稳定超新星是完全一致的LIGO探测到的黑洞合并：GW 150914，GW 151226和LVT 151012。LIGO的观测似乎排除了高（>400 km/s）的BH出生踢。我们预测在未来60天的LIGO O2观测中，将探测到几个最多60个总质量为10- 150 Msun（最可能的范围：20- 80 Msun）的BH-BH合并。
2016-07-11 astro-ph.HE
Merger-inspired rotation laws and the low-T/W instability in neutron stars
实施家庭的差分旋转法律的启发，二中子星合并残留物，我们认为低T/W不稳定性的旋转配置文件的影响。我们使用时间演化的线性化动力学方程，在牛顿引力，研究非轴对称振荡，并确定不稳定的模式。低T/W不稳定性的存在和演变与正则能和角动量监测，而增长时间是从演化的动能提取。新的旋转定律的结果突出了与通常认为的j常数定律的相似之处。当振荡模式与恒星共同旋转时（即，每当存在模式的模式速度与体角速度匹配的点时），不稳定性开始，并且在共同旋转区域的深处增长得更快。然而，新的配置文件增加了功能，如一个额外的共同旋转点的问题，这会影响不稳定的开始。在快转模型中，转动规律对l=m=2 f模的振荡频率影响较大，但对任意转速下的不稳定性增长时间影响较大。我们还确定了低T/W不稳定性似乎是由惯性模式触发的模型。我们讨论在何种程度上推断的定性行为可能是观察的相关性。
2021-04-16 astro-ph.HE astro-ph.SR
Gravitational wave of intermediate-mass black holes in Population III star clusters
先前的理论研究表明，第三星族（Pop3）恒星倾向于形成于金属含量极低的气体云中，大约$10^5 M_\odot$嵌入在迷你暗物质晕中。非常大质量的恒星可以通过Pop3星团中的多次碰撞形成，并最终演化为中等质量黑洞（IMBH）。在这项工作中，我们进行逐星$N$体模拟的长期演化的Pop3星团。我们发现，如果迷你暗物质晕今天可以生存，这些星团可以避免银河系环境的潮汐破坏，并可以有效地产生IMBH-BH合并之间的广泛的红移从0到20。平均引力波事件发生率估计为$0.1-0.8~\mathrm{yr}^{-1} \mathrm{Gpc}^{-3}$，大约有$40-80$ %的合并发生在高红移（$z>6$）。特征应变表明，LISA、天琴和太极能探测到部分低红移合并，而DECIGO和先进的LIGO/VIRGO/Kagra能探测到大部分合并。具有配对不稳定BH的合并具有大约$0.01-0.15$ ~yr $^{-1}$ ~Gpc $^{-3}$的速率，这可以解释类似GW 190521的事件。
2022-07-20 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Merger rate density of binary black holes through isolated Population I, II, III and extremely metal-poor binary star evolution
我们调查的形成合并二进制黑洞（BH）通过孤立的二进制演化，进行二进制人口合成计算，涵盖了前所未有的广泛的金属丰度范围的人口（Pop）I，II，III，和极贫金属（EMP）双星。我们发现，预测的合并率密度和初级BH质量（$m_1$）的分布是一致的引力波（GW）的观测。值得注意的是，Pop III和EMP（$< 10^{-2}$ $Z_\odot$）双星产生了大多数的对不稳定性（PI）质量间隙事件与$m_1 = 65$- $130$ $M_\odot$。随着红移的增加，Pop III双星对PI质量隙事件的贡献更大，所有PI质量隙事件都起源于红移为$\gtrsim 8$的Pop III双星。我们的结果可以通过以下两点来评估未来的GW观测。首先，在我们的结果中没有具有$m_1=100$ -- $130$ $M_\odot$的二元BH，因此$m_1$分布应该突然下降到$m_1=100$ -- $130$ $M_\odot$的范围内。第二，PI质量隙事件率应该向更高的红移增加，直到$\sim 11$，因为这些事件主要来自Pop III双星。我们发现，需要以下三个假设来重现当前GW观测：头重脚轻的恒星初始质量函数和存在的密切双星的Pop III和EMP双星，和低效的对流过冲在恒星演化的主序星阶段。如果没有上述任何一项，PI质量间隙事件的数量变得太低，无法重现当前的GW观测结果。
2022-03-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Evaluating Approximate Flavor Instability Metrics in Neutron Star Mergers
本研究针对现有中子星并合模拟的中微子输运算法难以判断快味不稳定性的问题，测试了多种基于矩的不稳定性检验方法，提出了更精准的最大熵检验法，为相关天体物理过程研究提供了工具。
2024-09-12 astro-ph.HE
Merger rate density of Population III binary black holes below, above, and in the pair-instability mass gap
我们提出了人口合并率密度（Pop.）III二元黑洞（BH）的广泛使用的二元人口合成代码BSE扩展到非常大质量和极端贫金属的恒星。我们不仅考虑了低质量的BH（lBH：$5-50 M_\odot$），而且考虑了高质量的BH（hBH：$130-200 M_\odot$），其中lBH和hBH分别低于和高于对不稳定质量间隙（$50-130 M_\odot$）。人群III BH-BH可分为三个亚群：无hBH的BH-BH（hBH 0 s：$m_{\rm tot} \lesssim 100 M_\odot$）、有1个hBH的BH-BH（hBH 1 s：$m_{\rm tot} \sim 130-260 M_\odot$）和有2个hBH的BH-BH（hBH 2 s：$m_{\rm tot} \sim 270-400 M_\odot$），其中$m_{\rm tot}$是BH-BH的总质量。它们在当前宇宙中的合并率密度对于hBH 0是$\sim 0.1$ yr $^{-1}$ Gpc $^{-3}$，对于hBH 1 s和hBH 2 s之和是$\sim 0.01$ yr $^{-1}$ Gpc $^{-3}$，前提是Pop. III恒星的质量密度是$\sim 10^{13} M_\odot$ Gpc $^{-3}$。这些速率对初始条件和单星模型不太敏感。hBH 1和hBH 2合并可能在不久的将来发现的hB…
2021-03-28 astro-ph.HE astro-ph.SR
Searches for Population III pair-instability supernovae: Predictions for ULTIMATE-Subaru and WFIRST
ULTIMATE-Subaru（超宽激光断层成像仪和MOS，用于Subaru上的卓越探索）和WFIRST（宽视场红外巡天望远镜）是下一代近红外仪器，具有大视场。它们使我们能够在近红外范围内进行深度和广度的瞬态调查。这样的近红外瞬变观测使我们能够发现非常遥远的超新星，这些超新星的波长红移到近红外波长。我们已经进行了模拟瞬态调查与ULTIMATE斯巴鲁和WFIRST的能力，发现人口III对不稳定超新星。我们发现，一个5年的1 deg 2 K波段瞬态调查与点源的极限星等为26.5等与ULTIMATE斯巴鲁可能会发现约2人口III对不稳定超新星超过红移6。在F184波段WFIRST达到26.5等的5年10度2的观测中，可能会发现大约7颗超过红移6的第三星族对不稳定超新星。我们还发现，预期的人口III对不稳定的超新星探测的数量增加约2倍，如果近红外瞬态调查对星系团进行。其他超新星，如星族II对不稳定超新星也将在同一次调查中被发现。这项研究表明，未来的宽视场近红外仪器允许我们通过执行深和宽的近红外瞬态调查调查的第一代超新星的爆炸。
2019-03-05 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
One-Armed Spiral Instability in Double-Degenerate Post-Merger Accretion Disks
越来越多的观测和理论证据表明，即使不是大多数正常的Ia型超新星（SNe Ia），也有一些是由双白矮星合并而成的。本文讨论了双星白矮星（WD）合并后的演化及其与Ia超新星双简并通道的关系。我们提出了三维模拟碳-氧（C/O）WD二元系统进行不稳定的传质，改变总质量和质量比。我们证明，这些系统通常会引起单臂引力螺旋不稳定性。即使在没有磁场的情况下，螺旋密度模式也会在圆盘中传输质量和角动量，并且在次级与初级质量比大于$0.6$的情况下最为明显。我们进一步分析了这些系统中的碳燃烧，以评估爆炸的可能性。与$1.1 + 1.0 M_{\odot}$ C/O WD二进制的情况下，我们发现WD二进制系统具有较低的质量和较小的质量比不引爆SNe Ia到$\sim8-22$外动力学时间。然而，另外两个模型确实经历了净加热，它们的长期温度升高可能导致比这里考虑的时间尺度更长的爆炸。
2017-04-12 astro-ph.HE astro-ph.SR
Binary black hole mergers from Population III star clusters
本文研究星族III星团动力学对二元黑洞质量函数的影响，发现其并合主星质量常超过对不稳定性间隙上边缘，并估算了高红移下的并合率密度。
2024-05-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
Efficient magnetic-field amplification due to the Kelvin-Helmholtz instability in binary neutron star mergers
我们探讨了中子星合并过程中由于开尔文-亥姆霍兹不稳定性引起的磁场放大。通过在日本超级计算机“K”上进行高分辨率的广义相对论磁流体力学模拟，其分辨率为$17.5$ m，在合并开始后为$4$- $5$ ms，我们发现中等最大强度的初始磁场$10^{13}$ G至少被放大了$\approx 10^3$倍。我们还讨论了磁场能量的饱和问题，结果表明它很可能是$\gtrsim 4 \times 10^{50}$ erg，即合并中子星体动能的$\gtrsim 0.1\%$。
2015-11-13 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
The One-Armed Spiral Instability in Neutron Star Mergers and its Detectability in Gravitational Waves
利用高分辨率长期数值相对论模拟方法研究了中子星合并后残留物中$m=1$单臂螺旋不稳定性的发展和饱和。我们的研究结果表明，这种不稳定性是一个通用的结果中子星合并在天体物理学相关的配置，包括“硬”和“软”核状态方程。我们发现，一旦种子在合并，$m=1$模式饱和内$\sim 10\ \mathrm{ms}$，并持续在长期的时间尺度。由$m=1$不稳定性发射的引力波在$1-2\ \mathrm{kHz}$附近有一个峰值频率，如果被探测到，可以用来约束中子星的状态方程。我们通过将我们的高分辨率数值数据与最先进的有效单体波形（包括潮汐效应）相结合，构建了跨越整个Advanced LIGO波段的混合波形。我们使用完整的混合波形来研究先进LIGO和爱因斯坦望远镜的单臂螺旋不稳定性的可探测性。我们的结论是单臂螺旋不稳定性不是一个有效的引力波发射器。目前这一代探测器不太可能观测到它，需要第三代干涉仪。
2016-09-22 astro-ph.HE gr-qc
Equation of state effects and one-arm spiral instability in hypermassive neutron stars formed in eccentric neutron star mergers
我们继续研究动力俘获双星中子星合并形成的长寿命超大质量中子星（HMNSs）中单臂螺旋不稳定性的发展和重要性。采用完全广义相对论的流体动力学模拟，我们发现单臂不稳定性是通用的，它可以发展在HMNS合并后的几十毫秒在我们的调查中的所有状态方程。我们发现，合并与较硬的状态方程往往产生HMNS与较强的$m=2$方位角模式密度变形，和较弱的$m=1$组件，相对于较软的状态方程。我们还发现，对于状态方程，可以引起双核HMNS，大的$m=1$密度模式可以已经存在，由于在两个核心的不对称性。这导致$l=2$、$m=1$引力波模式的产生，甚至在两个核心合并后最终出现的单臂模式占主导地位之前。我们的研究结果进一步表明，更严格的状态方程引起HMNS产生较低的$m=1$引力波频率。因此，如果单臂不稳定性产生的引力波被探测到，它们原则上可以约束中子星的状态方程。我们估计，根据状态方程，单臂模式可能被第二代引力波探测器在$\sim 10$ Mpc和第三代在$\sim 100$ Mpc的。最后，我们提供的动态喷出物的属性，以及伴随的kilonovae签名的估计。
2016-09-02 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Black Hole - Neutron Star and Binary Neutron Star Mergers from Population III and II stars
Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）；INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所，格兰萨索国家实验室）；University of Padova（帕多瓦大学）；INFN - Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；INAF - Osservatorio Astronomico di Padova（意大利国家天体物理研究所帕多瓦天文台）；INAF Osservatorio Astronomico d'Abruzzo（意大利国家天体物理研究所阿布鲁佐天文台）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics（哈佛-史密森尼天体物理中心）；Radcliffe Institute for Advanced Studies at Harvard University（哈佛大学拉德克利夫高等研究院）
研究了起源于 Population III 和 II 星的黑洞-中子星及双中子星并合，发现 Population III 并合率较低但黑洞质量分布更广，且在引力波观测中更受青睐。
2025-12-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
On the population III binary black hole mergers with intermediate mass black holes: dependence on common envelope parameter
目前的引力波（GW）探测器已经成功地观测到了许多双星致密天体，第三代地基GW探测器如爱因斯坦望远镜和星载探测器如LISA将在十年内开始对GW的观测。为了迎接这个新时代的到来，我们对极大量（$\sim$ 100- 1000 $M_\odot$）星群（Pop.）III星，导出了中等质量黑洞（IMBHs）与双星黑洞（BBH）合并的各种性质，并研究了对公共包线参数$αλ$的依赖性。我们发现，共同包络参数越小，初级BH质量的最大质量越大。在本研究中，我们对Pop. III星采用双幂律初始质量函数（IMF），并通过与引力波（GW）观测结果的比较，对Pop. III星的IMF进行了约束.我们计算的检测率，并表明，第三代地基GW探测器，爱因斯坦望远镜，有可能检测$\sim$ 10- 1000 BBH与IMBH每年。我们还发现，如果一个总质量为$\gtrsim500M_\odot$的BBH被先进的LIGO（O 4）或LISA探测到，我们可能能够获得对$αλ$的洞察。
2022-11-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
High mass but low spin: an exclusion region to rule out hierarchical black-hole mergers as a mechanism to populate the pair-instability mass gap
对不稳定性超新星的发生被预测为阻止质量为$\gtrsim 50 M_\odot$的黑洞的形成。最近在这个质量范围内探测到的引力波需要一个超出标准恒星坍缩的解释。目前的建模策略包括前几代黑洞合并的层次组装以及其他天体物理性质的机制（降低核反应速率，包络保留，恒星合并，吸积，疏浚事件）。在本文中，我们指出的排斥区域，不能很容易地填充分层黑洞合并的发生。未来引力波对质量为$\gtrsim 50M_\odot$、自旋为$\lesssim 0.2$的黑洞的探测将表明，对不稳定性质量间隙以其他方式被污染。这样一个假定的异常值可以用层次合并来解释，只有对前一次黑洞合并的质量比和自旋进行相当程度的微调--这个假设然后可以与大部分引力波目录进行交叉检查。
2021-07-13 astro-ph.HE gr-qc
Pulsational pair-instability and the mass gap of Population III Black Holes: Effects of overshooting
自从发现GW190521以来，已经提出了几个建议来解释由（脉动）对不稳定性（$M = 65-130 M_\odot$）引起的质量间隙中黑洞的形成。我们使用恒星演化和流体动力学程序，通过脉动对不稳定性（PPI）过程计算了Pop III星的质量抛射。如果采用一个相对较小但合理的过冲参数值，恒星在PPI阶段不会成为红超巨星。我们表明，在这种情况下，大部分的氢信封后，仍然由PPI的质量喷射。我们发现BH的质量最多可能是$M = 109 M_\odot$，低于对不稳定超新星的质量范围。
2020-11-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetic field amplification in hypermassive neutron stars via the magnetorotational instability
双中子星的合并可能导致超大质量中子星（HMNS）的形成，它是亚稳态的，最终坍缩成黑洞。这种合并的情况被认为可以解释短伽马射线暴（SGRB）的现象。在SGRB中观察到的非常高的能量被认为是来自中微子-反中微子湮灭和/或来自合并过程中或合并后由磁旋转不稳定性（MRI）等机制产生的非常强的磁场。在这里，我们报告的结果表明，首次在三维，完全广义相对论磁流体动力学模拟HMNS的MRI的发展。这种不稳定性以指数方式放大了磁场，可能是解决SGRB难题的重要因素。
2014-01-21 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Chirp Mass and Spin of Binary Black Holes from First Star Remnants
我们进行了人口III（流行III）的二元进化，使用人口合成模拟七个不同的模型。我们发现Pop III双星更倾向于啁啾质量为$M_{\rm chirp} \sim 30~M_{\odot}$的双星黑洞，并且由于它们的合并时间较长，目前它们可以合并。Pop III BBH在$z=0$的合并率密度范围为3.34- 21.2 $\rm /yr/Gpc^3$，这与aLIGO/aVIRGO的结果9.7- 101 $\rm /yr/Gpc^3$一致。这些Pop III双星可能有助于aLIGO/aVIRGO探测到的大质量BBH引力波（GW）源的一部分。我们还计算了Pop III BBH合并的红移依赖性。我们发现Pop III低自旋BBH倾向于在低红移处合并，而Pop III高自旋BBH倾向于在高红移处合并，这可以被未来的GW探测器如ET，CE和DECIGO所证实。这些探测器还可以检验BBH合并速率和自旋分布的红移依赖性。结果表明，除一个模型外，$z=0$的平均有效自旋$\left\langle χ_{\rm eff} \right\rangle$在$0.02$ -- $0.3$范围内，而在$z=10$则在$0.16$ -- $0.64$范围内.因此，利用GWs探测大质量恒星质量的BBH将是研究早期宇宙恒星演化的关键。
2020-08-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
The Dragon-II simulations -- III. Compact binary mergers in clusters with up to 1 million stars: mass, spin, eccentricity, merger rate and pair instability supernovae rate
基于 Dragon-II 的 19 个 N 体星团模拟，研究致密双星并合的质量、偏心率、并合率及不稳定对超新星率，揭示原初与动力学并合的差异，并给出多信使探测前景。
2023-07-10 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Massive binary black holes from Population II and III stars
本研究利用SEVN代码演化第三代与第二代双星模型，发现二者形成的双黑洞性质差异轻微，仅少数并合事件主黑洞质量高于对不稳定间隙，且其主要形成通道为稳定质量转移。
2023-08-24 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
The $m=1$ instability \& gravitational wave signal in binary neutron star mergers
我们研究了双星中子星合并后残余物中$m=1$不稳定性的发展和可探测性。与$m=1$自由度相关的引力模式的检测可能潜在地揭示状态方程的细节。我们分析了合并后的时代的模拟相等和不等质量的中子星合并使用三个现实的，微物理状态方程和中微子冷却。我们的研究表明，这样的不稳定性一般发展，并在很短的动力学时间内的强度是可比的或更强的$m=2$模式，这是最强的合并后的早期阶段。我们估计的信噪比，可能会获得的$m=1$模式，并讨论了观察这个信号与现有的地球上的探测器的前景。由于$m=1$发生在大约一半的频率更强大的$m=2$信号，因为它可能是长期的，有针对性的搜索可以被设计来观察它。我们估计，与恒定幅度直接检测的模式可能会发生的距离大致$14\,\mathrm{Mpc}$，而由inspiral信号触发的搜索可以延长这个距离大致$100\,\mathrm{Mpc}$。
2016-08-19 astro-ph.HE gr-qc
On the likelihood of detecting gravitational waves from Population III compact object binaries
我们研究了宇宙中第一个无金属恒星（Pop III）的双黑洞（BH-BH）合并对引力波探测率的贡献。我们的研究结合了初始条件的Pop III星形成的基础上N体模拟的二进制形成（包括率，二进制分数，初始质量函数，轨道分离和偏心率分布）与更新的恒星演化特定的Pop III星的模型。我们发现这些Pop III BH-BH系统的合并速率在低红移（z<2）时相对较小（< 0.1 Gpc^-3 yr^-1），可以与LIGO的经验估计值9-240 Gpc^-3 yr^-1进行比较（Abbott等人，2016）。对于Pop III双中子星和黑洞中子星合并，预测的速率甚至更小。我们的速率与Hartwig等人的速率兼容。（2016），但显著小于先前工作中发现的速率（Bond & Carr 1984; Belczynski et al. 2004; Kinugawa et al. 2014，2016）。我们通过详细的模型比较解释了这种差异的原因，并指出（i）通过先进的LIGO可能无法识别Pop III BH-BH合并，以及（ii）Pop III合并的随机引力波背景水平可能低于最近估计的水平（Kowalska et al. 2012; Inayoshi et al. 2016; Dvorkin et al. 2016）。我们进一步估计了第三代干涉探测器的引力波探测率。我们的计算与低到中等旋转的Pop III…
2016-12-05 astro-ph.HE gr-qc
On the Formation of GW231123 in Population III Star Clusters
Zhaoqing University（肇庆大学）；Sun Yat-sen University（中山大学）；CSST Science Center for the Guangdong-Hong Kong-Macau Greater Bay Area（中国空间站科学中心粤港澳大湾区分中心）；Fukui Prefectural University（福井县立大学）；The University of Tokyo（东京大学）
本文研究星族 III 星团中 GW231123 的形成机制，发现其候选前身天体可通过恒星并合、双黑洞并合及混合并合形成，并合率密度与观测一致，且可被未来引力波探测器探测。
2025-11-02 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-th
Magnetorotational instability in neutron star mergers: impact of neutrinos
两颗中子星的合并可能会产生一颗长寿的超大质量中子星。如果它拥有一个磁星强度的强磁场，它的自旋下降可以解释短伽马射线暴余辉的几个特征。磁旋转不稳定性（MRI）被提出作为将磁场放大到所需强度的机制。然而，以前的研究忽略了中微子，中微子可能通过诱导粘性和阻力对MRI产生重要影响。我们调查的影响，这些中微子效应的线性增长的MRI应用局部稳定性分析快照的中子星合并模拟。我们发现中微子对超大质量中子星内部有显著的影响，但对围绕它的环面的影响最大。在超大质量中子星内部，磁共振成像随半径和初始磁场强度的不同而呈不同的区域增长。对于弱于$10^{13}-10^{14}\,{\rm G}$的磁场，由于中微子的存在，MRI的增长率显著降低。我们的结论是，中微子应考虑到从现实的初始磁场的MRI的增长研究时。目前的数值模拟，忽略中微子粘度，只有一致的，即在所采用的理想制度，如果他们开始从人为的强初始磁场以上$\sim10^{14}\,{\rm G}$。当将这些结果外推到较低的初始磁场时，应该小心，在那里，磁共振成像的增长受到中微子粘性或阻力的强烈影响。
2017-07-12 astro-ph.HE astro-ph.SR
Beyond the far side: Observing black hole mergers beyond the pair-instability mass gap with next-generation gravitational wave detectors
本研究提出利用下一代地基引力波探测器观测贫金属环境中第三星族星产生的间隙外重黑洞并合，以约束对不稳定性质量间隙上端位置，并量化其在渠道污染下仍可达约4%的测量精度。
2024-01-23 astro-ph.HE gr-qc
Massive Stellar Triples Leading to Sequential Binary Black-Hole Mergers in the Field
具有大质量恒星成分的恒星三元组是常见的，并且可以导致连续的二元黑洞合并。在这里，我们概述了这些顺序合并的演变，并探讨这些事件的背景下，引力波天文学和对不稳定的质量差距。我们发现，二进制黑洞合并在对不稳定的质量间隙可以是三重起源，因此并不完全形成在稠密的动力学环境。我们讨论的背景下，最大规模的引力波源检测到的顺序合并的情况：GW170729和GW190521。我们认为GW170729的祖先是一个低金属丰度场三元组。我们支持GW190521不可能在野外形成的前提。我们的结论是，三重恒星演化是基本的引力波源的理解，并可能，其他高能瞬变。
2020-12-22 astro-ph.HE astro-ph.SR
MAGICS III. Seeds sink swiftly: nuclear star clusters dramatically accelerate seed black hole mergers
本研究通过结合宇宙学模拟与高分辨率N体模拟，揭示核星团通过潮汐相互作用显著加速大质量黑洞种子向星系中心下沉，使并合率在z=4处比非核星团环境高300–600倍，成为高红移种子黑洞并合的主导渠道。
2024-10-03 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational waves associated with the r-mode instability from neutron star-white dwarf mergers
本文研究白矮星质量≳1M⊙的中子星-白矮星并合中吸积中子星的r模不稳定性产生的强引力波辐射，指出其强度远超中等或低质量X射线双星情形，并可能伴随长伽马射线暴、快速蓝色光学暂现源和快速射电暴等电磁辐射。
2024-10-04 astro-ph.HE
Neutrino Fast Flavor Instability in three dimensions for a Neutron Star Merger
本文提出用角矩方法模拟中子星并合中的中微子快味转化，能捕捉增长、饱和与退相干三阶段，并正确预测最快增长涨落尺度。
2023-12-26 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Merger Conditions of Population III Protostar Binaries
本文通过光滑粒子流体动力学模拟研究第三族原恒星双星的并合条件，发现初始间距小于原恒星半径之和约80%时双星会在潮汐锁定前并合，且并合后恒星内部结构与初始间距无关，表明零龄主序阶段后必然存在轨道收缩机制。
2023-05-11 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Relativistic Simulations of Eccentric Binary Neutron Star Mergers: One-arm Spiral Instability and Effects of Neutron Star Spin
我们进行广义相对论流体动力学模拟的动态捕获双中子星合并，强调的作用所发挥的中子星自旋。动力学捕获合并可能发生在球状星团，以及其他致密的恒星系统，其中大多数中子星有大的自旋。我们发现合并的结果作为初始中子星自旋的函数的显着变化。对于自旋与轨道角动量一致的情况，剩余超大质量中子星中额外的离心支撑可以防止迅速坍缩成黑洞，而对于不一致的情况，减小的总角动量可以促进坍缩成黑洞。我们发现，即使是中等的自旋可以显着增加喷射物质的量，包括未绑定的速度大于光速的一半，导致更明亮的电磁签名与千新星和相互作用的喷出物与星际介质。此外，我们发现，初始中子星自旋可以强烈地影响已经丰富的现象，在合并后的引力波签名所产生的超大质量中子星的振荡模式。在我们的几个模拟中，由此产生的超大质量中子星发展出单臂（$m=1$）螺旋不稳定性，最明显的情况是那些小但不可忽略的中子星自旋。对于长寿的超大质量中子星，这种不稳定性的存在导致通过引力波探测这些事件的前景得到改善，从而可能提供有关中子星状态方程的信息。
2016-01-13 astro-ph.HE gr-qc
The possible existence of Pop III NS-BH binary and its detectability
在对Pop III星的星族合成模拟中，形成了许多合并时间小于宇宙年龄$(τ_{\rm H})$的BH（黑洞）-BH双星，而没有形成NS（中子星）-BH双星。原因是Pop III星没有金属，所以预计不会有质量损失。然后，在最后一次超新星爆炸到NS的过程中，大量的质量丢失，使得半长轴变得太大，以至于Pop III NS-BH双星无法在$τ_{\rm H}$中合并。然而，根据对脉冲星自行的观测，几乎可以确定NS存在$200-500{\rm~ km~s^{-1}}$量级的反冲速度。因此，NS-BH双星的一半的半长轴可以小于之前关于Pop III NS-BH双星的参数，以减少合并时间。我们对Pop III NS-BH双星进行了包含NS反冲的总体合成蒙特卡罗模拟，发现Pop III NS-BH合并的事件率为$\sim 1 {\rm Gpc^{-3} yr^{-1}}$。这表明，从今年秋天开始，在Advanced LIGO和Advanced Virgo的O2中有很好的机会检测到Pop III NS-BH合并。
2016-10-02 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Binary Evolution Can Mimic the Pair-Instability Mass Gap in Black Hole Mergers
Max Planck Institute for Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Polish Academy of Sciences（波兰科学院尼古拉·哥白尼天文中心）
本文研究二元系统中的质量转移是否能产生类似双子质量间隙的质量分布。通过StarTrack和半分析框架，发现高效质量转移可限制首生黑洞质量并产生质量间隙。
2026-09-09 astro-ph.HE astro-ph.SR
Second-Generation Mass Peak in the Gravitational-Wave Population as a Probe of Globular Clusters
University of Oxford（牛津大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）；ICREA（加泰罗尼亚高级研究院）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Institut d’Estudis Espacials de Catalunya（加泰罗尼亚空间研究所）
研究通过引力波观测揭示双黑洞并合的第二峰可能源于球状星团的动力学形成，探讨了第一代黑洞质量谱的截断对第二代并合的影响，提出第二峰的位置与星团初始条件相关，且能提供关于球状星团诞生特性的约束。
2026-04-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
High resolution numerical-relativity simulations for the merger of binary magnetized neutron stars
我们在日本超级计算机K。中子星和合并遗迹被70 μ m的网格覆盖，这是迄今为止得到的结果中分辨率最高的。通过深入的分辨率研究，首次阐明了中子星并合过程中磁场的几种放大机制。首先，在合并开始时剪切层中发展的开尔文-亥姆霍兹不稳定性显著地放大了磁场。合并后形成的超大质量中子星（HMNS）会受到非轴对称的磁旋转不稳定性的影响，这种不稳定性放大了HMNS中的磁场。这两种放大机制不能用非相干分辨率运行找到。我们还表明，HMNS最终崩溃的黑洞所包围的吸积环面，这是在出生时强烈磁化。
2014-07-14 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Orbital Migration of Interacting Stellar Mass Black Holes in Disks around Supermassive Black Holes. III. Mass Distribution of Hierarchical Mergers
Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona（亚利桑那大学）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理学中心）；Department of Astrophysics, American Museum of Natural History（美国自然历史博物馆天体物理系）；Department of Science, CUNY Borough of Manhattan Community College（纽约市立大学曼哈顿社区学院科学系）；Physics Program, CUNY Graduate Center（纽约市立大学研究生中心物理项目）；Heidelberg Institute for Theoretical Studies（海德堡理论研究所）；Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Astronomisches Rechen-Institut（海德堡大学天文中心天文计算研究所）
本研究通过360次N体模拟发现，AGN气体盘的迁移陷阱区域可形成层级并合双黑洞，能解释LVK观测到的部分双黑洞并合，还会形成200倍太阳质量以上的中等质量黑洞，可用于约束AGN吸积盘模型。
2026-08-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraint on the progenitor of binary black hole merger using Population III star formation channel
Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo（东京大学宇宙射线研究所）；School of Physics and Astronomy, Cardiff University（卡迪夫大学物理与天文学学院）；Faculty of Engineering, Shinshu University（信州大学工学部）；Research Center for Advanced Air-mobility Systems, Shinshu University（信州大学先进航空移动系统研究中心）；Research Center for the Early Universe, Graduate School of Science, University of Tokyo（东京大学理学研究科早期宇宙研究中心）
通过分层贝叶斯推断分析GWTC-3事件，约束第三族恒星双黑洞通道的分支比为0.11^{+0.08}_{-0.06}，并评估各通道对引力波目录的贡献。
2026-06-24 astro-ph.HE gr-qc
Pair-Instability Gap Black Holes in Population III Star Clusters: Pathways, Dynamics, and Gravitational Wave Implications
通过N体模拟发现第三星族星团经双黑洞并合等路径形成对不稳定性间隙黑洞，其引力波事件并合率及探测率显著，为解释GW190521类事件提供了重要机制。
2025-04-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
Plasma instability in the front of ejected energetic electrons and Type III solar radiobursts
本研究修正了III型太阳射电爆发的传统模型，提出电子束在非均匀太阳风等离子体中因“飞行时间”效应导致分布截断，进而通过线性不稳定性产生Langmuir波，其波强度变化与观测结果高度吻合。
2025-07-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
The Betelgeuse Project III: Merger Characteristics
我们先前提出参宿四可能是通过吸积一个大约1个太阳质量的伴星而旋转起来的。在这里，我们更详细地探讨这种合并和更大范围的吸积质量的可能系统学。我们使用恒星演化代码MESA在核心氦燃烧，核心碳燃烧或壳碳燃烧中为主恒星增加角动量。我们的模型提供了一个合理的“自然”解释为什么参宿四有一个大的，但子开普勒赤道速度。它们在旋转引起的质量损失中喷射出足够的质量和角动量，以重现观测到的参宿四赤道速度与逃逸速度之比，约为0.23，在三倍之内，几乎与主质量、次质量和合并发生的时代无关。我们的模型表明，在核心氦燃烧或核心碳燃烧期间，略小于15个太阳质量的主星与1至10个太阳质量的副星合并，可以产生约15 km/s的赤道旋转速度，归因于参宿四。对于吸积模型，角动量波在氦核边缘的成分边界处停止。因此，在这些模拟中，内核不受伴星吸积的影响。吸积对内核产生磁场的影响相对较小。我们的结果不能证明，但也不能否定参宿四可能已经摄入了几个太阳质量的伴星。
2020-10-17 astro-ph.HE
Binary black holes in the pair-instability mass gap
对不稳定性（PI）和脉动PI阻止了质量为$\gtrsim{}60$ M $_\odot$的黑洞（BH）的形成。在这里，我们调查的可能性，BH的质量在PI差距形式通过恒星合并和多个恒星合并，促进年轻星团的动力学相遇。我们分析了$10^4$模拟，运行直接N体代码nbody 6 ++gpu加上人口合成代码MOBSE。我们发现，高达$\sim{}6$ ~%的所有模拟的BH有质量的PI差距，这取决于祖的金属丰度。由于恒星风的影响，这种形成通道在富含金属（Z = 0.02）的星团中受到强烈抑制。质量在PI间隙中的BH最初是单个BH，但可以通过动力学交换有效地获得同伴。我们发现，$\sim{}$ 21%，10%和0.5%的所有二元BH中至少有一个组分在PI质量间隙中的金属丰度Z = 0.0002，0.002和0.02，分别。基于宇宙恒星形成速率和金属丰度的演化，并假设所有恒星都形成于年轻星团，我们预测，在先进的LIGO和Virgo探测到的所有BH合并双星中，至少有$\sim{}5$ ~%的双星在PI质量隙中存在.
2020-07-06 astro-ph.HE astro-ph.SR
Global simulations of strongly magnetized remnant massive neutron stars formed in binary neutron star mergers
本文采用广义相对论磁流体力学方法，在最精细网格分辨率为$12.5$ m的高空间分辨率下，对一颗双星中子星合并为一颗大质量残余中子星（RMNS）后的$\approx 30$ ms进行了数值模拟。首先，我们估计合并时的开尔文-亥姆霍兹不稳定性可以将磁场能量放大到热能的$\sim 1\%$。第二，我们发现在带有$ρ< 10^{13}~{\rm g~cm^{-3}}$的RMNS包层和环面中的磁旋转不稳定性维持磁湍流状态，并且在这些区域中的有效粘性参数可能收敛到$\approx 0.01$ -$0.02$。第三，目前的网格分辨率仍然不够精细，以维持磁湍流状态的RMNS与$ρ\ge 10^{13}~{\rm g~cm^{-3}}$。
2018-05-09 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Contribution of Population III Stars to Merging Binary Black Holes
本研究通过快速双星种群合成模拟，发现孤立双星（包括Pop III恒星）形成的双黑洞可解释GWTC-3观测到的并合率密度与质量分布，并预测未来几年将发现几颗对不稳定性超新星。
2024-03-15 astro-ph.HE astro-ph.SR
McFacts III: Compact binary mergers from AGN disks over an entire synthetic universe
本研究通过McFacts代码模拟整个合成宇宙中AGN盘内双黑洞并合，预测可观测族群，发现可解释GW190521等大质量并合，并约束AGN寿命为0.5-2.5百万年。
2025-06-21 astro-ph.HE
Three-Dimensional Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations of Current-Driven Instability. III. Rotating Relativistic Jets
通过三维相对论磁流体动力学模拟研究了射流旋转和差动运动对无力螺旋磁平衡的电流驱动（CD）扭结不稳定性的线性和非线性发展的影响。在这项研究中，我们遵循的时间发展周期性的计算框内。初始螺旋磁场的位移导致CD扭结不稳定性的增长。我们发现，与线性稳定性理论一致，不稳定性的发展依赖于极向磁场的横向分布。如果极向场从轴向外显著减小，则初始小扰动强烈地增长，并且如果多个波长被激发，则非线性相互作用最终破坏初始圆柱形配置。当极向场的轮廓较浅时，不稳定性发展缓慢并最终饱和。我们简要地讨论了我们的研究结果的影响坡印廷占主导地位的飞机。
2012-07-20 astro-ph.HE gr-qc
Stellar-mass black holes in young massive and open stellar clusters IV: updated stellar-evolutionary and black hole spin models and comparisons with the LIGO-Virgo O1/O2 merger-event data
我提出了一套长期的，直接的，相对论性的多体计算模型密集的星团与最新的恒星演化，超新星（SN），和残留的自然踢模型，包括对不稳定性和脉动对不稳定性超新星（PSN和PPSN），使用更新版本的NBODY 7 N体模拟程序。N体模型还包括基于恒星演化的黑洞诞生自旋和基于数值相对论的双黑洞合并处理。这些，第一次在一个直接的N体模拟，允许第二代BBH合并。这套65个演化模型的初始质量为$10^4M_\odot-10^5M_\odot$，大小为1 pc-3 pc，金属丰度为$0.0001-0.02$，大质量恒星位于原始双星中，它们代表年轻大质量星团（YMC）和中等质量的疏散星团（OC）。这样的模型产生动态配对的BBH合并，与观测到的质量，质量比，有效自旋参数和LVC O 1/O2合并事件的最终自旋很好地吻合，前提是BH出生时具有低自旋或没有自旋，但在经历BBH合并或物质吸积后自旋上升。特别是，明显较高的质量，有效自旋参数，GW 170729并合事件的末自旋和O3事件GW 190412的质量不对称性也被自然再现。计算的模型产生大量的，$\sim100M_\odot$ BBH合并与初级质量内的“PSN差距”，也产生合并涉及残余的“质量差距”。他们还认为，YMC和OC产生持久的，LISA可检测到的本地宇宙GW源。这样的星系团也能够产生古怪的LIGO-Virgo合并。
2020-08-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Is GW190521 the merger of black holes from the first stellar generations?
GW 190521挑战了我们对大质量恒星后期演化的理解，特别是对不稳定性的影响。我们讨论的可能性，在低或零金属丰度的恒星可以保留大部分的氢信封，直到前超新星阶段，避免脉动对不稳定的制度，并产生一个黑洞的质量在质量间隙的回落。我们提出了一系列新的恒星演化模型在零和低金属计算与日内瓦和MESA恒星演化代码和比较现有的网格模型。金属丰度在0-0.0004范围内的模型具有三个属性，与更高金属丰度的模型相比，这些属性有利于更高的BH质量。这些是（i）较低的质量损失率在后MS阶段，（ii）一个更紧凑的恒星不利于二进制的相互作用和（iii）可能的氢氦壳相互作用，降低CO核心质量。我们的结论是，这是可能的，GW 190521可能是合并的黑洞直接产生的大质量恒星从第一代恒星。我们的模型表明BH质量高达70-75 Msun。与对流混合、质量损失、H-He壳层相互作用和对不稳定脉动有关的不稳定性可能会使这一极限增加到~85 Msun。
2021-01-06 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Pair Instability Supernovae of Very Massive Population III Stars
对原始恒星形成的数值研究表明，宇宙中的第一批恒星可能质量非常大。恒星模型显示，初始质量为140-260 Msun的非旋转星族III恒星会以高能对不稳定超新星的形式死亡。我们提出了新的二维模拟的原始对不稳定超新星与CASTRO代码。我们的模拟比以前的多维模型更早开始，在核心崩溃的开始，捕捉任何动力学不稳定性，可能是崩溃和爆炸燃烧的种子。这种不稳定性可以通过将热灰与燃料混合来提高爆炸产量，从而加速核燃烧，并通过在早期从恒星更深处挖掘重元素来影响超新星的光谱。我们的模型网格包括蓝超巨星和红超巨星，这些事件的前身质量范围都在预期之内。我们发现，由氧和氦燃烧驱动的流体不稳定性出现在氧壳层$\sim$的上，下边界的核心反弹后20 - 100秒。在SN激波离开氦核后，由燃烧驱动的不稳定性冻结。当冲击随后传播通过氢包层时，形成强烈的反向冲击，从而驱动Rayleigh-Taylor不稳定性的增长。在红超巨星的祖先中，这些不稳定性的振幅足以混合超新星喷出物。
2014-07-16 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Merger rate of stellar black hole binaries above the pair instability mass gap
在目前的恒星演化模型中，对不稳定超新星的出现意味着缺乏质量在$[60, \, 120] \, \rm{M}_\odot$之间的恒星黑洞，导致黑洞质量分布中存在上质量隙。在这封信中，我们开发了一个基准模型，描述BH对不稳定的差距以外，通过卷积的初始质量函数和恒星形成率与宇宙时间的金属丰度演化。在假设双星形成的物理机制在能隙之外没有变化的前提下，我们构造了合并BH双星的宇宙布居。BH二进制与以上的差距的质量组件的检测率，发现范围之间的$\simeq [0.4,\,7] \, \rm{yr}^{-1}$的LIGO/处女座在设计灵敏度和$[10, \, 460] \, \rm{yr}^{-1}$的第三代地面探测器，考虑到最悲观和最乐观的情况。LISA可以单独检测这些双星，从合并到数千年。在不到四年的时间内合并的事件数量，使多波段观测的顺序，预计在范围$[1, \, 20]$。虽然ET将检测所有这些事件，但LIGO/Virgo预计将检测其中的$\lesssim 50\%$。最后，我们估计，在LISA波段的未解决的来源的引力波背景，可以在原则上检测到的信噪比之间的$ \simeq 2.5$和$\simeq 80$。
2019-11-11 astro-ph.HE gr-qc
Constraining Population III stellar demographics with next-generation gravitational-wave observatories
本文提出利用贝叶斯深度学习仿真器结合非参数恒星形成历史模型，从下一代引力波天文台模拟星表中区分第三族与第一/二族黑洞并合事件，并实现对第三族初始质量函数谱指数和恒星形成率密度的有效约束。
2025-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Fast Flavor Transformations
本文综述了中微子快速味道不稳定性（FFI）的理论本质、测试与模拟方法，并展望了通向现实自洽模型以理解FFI在超新星和合并中影响的路径。
2022-07-07 astro-ph.HE hep-ph
Nucleosynthesis of Pop III and Fe-enriched Pop II Pair-Instability Supernovae
Beijing Normal University（北京师范大学）；The University of Tokyo（东京大学）；The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung（德国重离子研究中心）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
研究第III星族和富铁第II星族对不稳定超新星的核合成特征。通过探索第III星族PISNe的演化及核合成，研究反应速率不确定性影响；利用时间相关对流模型研究第II星族PISNe，揭示其独特化学特征，为识别早期宇宙PISN遗迹提供诊断。
2026-07-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
Local magneto-shear instability in Newtonian gravity
本文将磁剪切不稳定性作为真正的局部现象讨论，放宽背景对称性假设，发现磁场作用显著减弱，表明标准不稳定性判据不能忠实指示合并中的实际过程。
2023-11-23 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
