Constraining black hole parameters with the precessing jet nozzle of M87*
针对M87*喷流喷口约11年的进动现象，本文通过测地线运动特性研究球轨道与倾斜吸积盘翘曲半径的关系，约束黑洞自旋与翘曲半径参数，为检验强引力区域物理提供新途径。
2024-12-01 astro-ph.HE gr-qc
Effective potentials and morphological transitions for binary black-hole spin precession
本文导出了二阶后牛顿双黑洞自旋进动的有效势。这个有效的潜力，使我们能够解决轨道平均自旋进动方程解析任意质量比和自旋。这些解是时间的准周期函数：在一个固定的周期后，BBH自旋返回到它们的初始相对取向，并共同以固定的角度围绕总角动量进动。使用这些解决方案，我们将BBH自旋进动分为三个不同的形态之间的BBH可以过渡期间，他们的inspiral。我们还推导出了一个岁差平均演化方程的总角动量，可以集成的辐射反应时间，并确定了一类新的自旋轨道共振，可以倾斜的方向的总角动量在inspiral。我们的新结果将有助于模拟和解释来自一般BBH合并的引力波，并预测最终自旋和引力反冲的分布。
2015-03-07 astro-ph.HE gr-qc
Numerical relativity simulations of thick accretion disks around tilted Kerr black holes
在这项工作中，我们提出了三维数值相对论模拟厚吸积盘周围倾斜克尔BH。我们研究了三种不同初始盘模型在一系列初始黑洞自旋幅度和倾斜角下的演化。对于所有考虑的盘-黑洞质量比（0.044 - 0.16），我们观察到显着的黑洞岁差和章动在演化过程中。这表明，对于这样的质量比，通过在固定的背景黑洞时空中演化来忽略盘的自引力是不合理的。我们发现，这两个更大规模的模型是不稳定的Papaloizou-Pringle（PP）的不稳定性，这些PP-不稳定的模型仍然不稳定的所有初始自旋和倾斜角考虑，显示不稳定性的发展是一个非常强大的功能，这样的PP-不稳定磁盘。我们最轻的模型是稳定的，它是天体物理学上最有利的致密双星合并的结果。黑洞自旋和盘之间的倾斜在PP不稳定性的增长过程中被强烈调制，导致在具有恒定比角动量l的最大质量模型中黑洞自旋和盘角动量的部分全局重新排列。对于具有非恒定l轮廓的模型，我们观察到一个长寿命的m = 1非轴对称结构，该结构在盘的内部区域显示出倾角的强烈振荡。这种效应可能与Kozai-Lidov振荡的发展有关。我们的模拟也证实了早期的研究结果，PP不稳定性的发展导致长期发射的大振幅引力波，主要是为l = m = 2多极模式。BH旋进对倾斜BH环面系统的引力波的影响仍然是一个有趣的开放性问题，需要比这项工作中提出的时间长得多的模拟。
2016-02-27 astro-ph.HE gr-qc
Magnetically Driven Retrograde Precession in Misaligned Black Hole Accretion Flows
针对非对齐黑洞吸积流喷流进动的传统LT效应解释局限，通过三维广义相对论磁流体动力学模拟发现强磁化环境下由极向磁场磁扭矩驱动的逆行新进动，为喷流进动提供新解释。
2025-10-29 astro-ph.HE gr-qc
Unstable binary black-hole spins: post-Newtonian theory and numerical relativity
自旋进动发生在自旋与轨道角动量不一致的双黑洞中。否则，自旋组态是恒定的，随后的双星动力学和引力波发射就简单得多。我们总结了一系列的工作表明，虽然三个对齐的配置是稳定的平衡，“上下”的配置，其中较重（较轻）的黑洞是（反）与轨道角动量对齐，是不稳定的扰动时，在一个临界点的螺旋的黑洞自旋开始疯狂倾斜的进动接管。我们提出了两种等价的方法来推导基于多时间尺度后牛顿技术的不稳定开始，并指出，不稳定有一个可预测的终点。最后，我们证明了这种岁差不稳定性的存在下，在强场制度的数值相对论与模拟对齐自旋双星持久的$\sim100$轨道合并前。上下系统的自旋可以倾斜$\sim90^\circ$，在发射的引力波信号中留下显著的印记，并提供了一种可能的机制，在天体物理环境中形成进动系统，其中源优先产生（反）对齐的自旋。
2021-04-30 astro-ph.HE gr-qc
Truncated, Tilted Discs as a Possible Source of Quasi-Periodic Oscillations
本文通过GRMHD模拟分析倾斜截断吸积盘，发现盘的不对齐激发内部热流额外变率，产生垂直振荡，从而解释高频QPO，表明不对齐是产生QPO的关键。
2023-12-22 astro-ph.HE gr-qc
A study of a tilted thin inner accretion disk around a spinning black hole
克尔黑洞周围薄吸积盘的内部可以作为研究强引力区物理的重要工具。这种盘相对于黑洞自旋轴的倾斜对于这个目的特别有用，因为这种倾斜可以通过Lense-Thirring进动对观察到的X射线光谱和定时特征产生显着影响。然而，由于众所周知的巴丁-彼得森效应，内盘被预测会与黑洞的自旋方向一致。在这里，我们计算，分析和数值，径向轮廓薄吸积盘倾角在粘性制度（即，$α$ > H/R; $α$是Shakura-Sunyaev粘度参数，H是盘厚度，R是径向距离）。我们表明，内盘可能不会在所有的参数值的某些合理的范围内对齐。这使得内吸积盘在探测黑洞参数和强引力区的吸积过程方面具有特别的前景。
2019-02-01 astro-ph.HE gr-qc
A tilted and warped inner accretion disc around a spinning black hole: an analytical solution
黑洞周围的内部吸积盘提供了一个罕见的，自然的探针，以了解强引力制度的基本物理。这种圆盘相对于黑洞自旋赤道的可能倾斜是很重要的。这是因为这样的倾斜会影响观测到的通过透镜-瑟林进动的圆盘X射线发射的光谱和定时特性，这可以用来测试关于强引力的理论预测。在这里，我们解析地求解了Scheurer和Feiler（1996）的稳定的、翘曲的吸积盘方程，并找到了盘倾角的径向分布的表达式。在我们的精确解中，考虑一个围绕缓慢旋转的黑洞的圆盘，我们包括了圆盘的内部，这在这个形式主义中是没有做过的。这样的解决方案是及时的，因为最近从吸积黑洞H1743-322的X射线光谱和时间特征中推断出倾斜的内部圆盘。我们的倾斜角径向轮廓表达式包括观测可测量的参数，如黑洞质量和Kerr参数，以及盘内边缘倾斜角$W_{\rm in}$，因此可以是理想的面对观测。我们的解决方案表明，在$10-100$引力半径的光盘倾斜角是一个显着的分数盘外缘倾斜角，即使是$W_{\rm in} = 0$。此外，倾斜角径向轮廓有驼峰在$\sim 10-1000$引力半径的一些参数值，这应该有所观察到的X射线功能的影响。
2017-05-04 astro-ph.HE gr-qc
On the dynamics of tilted black hole-torus systems
我们提出了一个{ \it倾斜}黑洞厚吸积盘系统的三维数值相对论模拟结果。模拟分析使用示踪剂粒子在光盘中的平流与流量。这种示踪剂，我们在这些新的模拟中首次采用，提供了一个强大的手段来详细分析倾斜黑洞环面系统的复杂动力学。我们展示了如何使用它有助于洞察系统的整体动力学，讨论所观察到的黑洞进动的起源和发展的全球非轴对称$m=1$模式的光盘。我们的三维模拟表明，准周期振荡（QPOs）的瞬时吸积率的存在下，与在低质量X射线双星与黑洞或中子星组件中观察到的兼容的范围内的频率。主低频峰值和第一泛音的频率比是$o_1/f \sim 1.9$，当将QPO建模为轴对称环面中的$p$模式振荡时，不能获得该频率比。
2016-06-17 astro-ph.HE gr-qc
GW190521: tracing imprints of spin-precession on the most massive black hole binary
本研究利用新颖时域方法剖析GW190521仅有的3至4个观测周期，揭示自旋进动推断来自并合前后信号的共同约束及双星朝向导致的并合前抑制。
2024-01-18 astro-ph.HE gr-qc
GRMHD and GRRT Simulations of Black Hole Accretion: Flares, Precession, and Complex Spacetimes
Tsung-Dao Lee Institute（李政道研究所）
利用广义相对论磁流体动力学和辐射传输模拟，研究黑洞吸积的电磁信号，涵盖耀发、进动及非克尔和双黑洞时空。
2026-06-18 astro-ph.HE gr-qc
Imprints of black hole charge on the precessing jet nozzle of M87*
通过将M87*倾斜吸积盘粒子运动建模为Kerr-Newman黑洞球面轨道，研究电荷对喷流进动周期的影响，发现进动周期随电荷增加而增加，并利用观测周期约束自旋、电荷与翘曲半径关系，为多信使天文学时代约束黑洞参数提供了新途径。
2024-11-12 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Inferring spin tilts of binary black holes at formation with plus-era gravitational wave detectors
本文通过模拟 BBH 参数估计，比较近并合与反向演化至无限大间距的自旋倾角，证明 A+、Virgo+ 探测器可区分二者并识别上下不稳定性。
2024-02-27 astro-ph.HE gr-qc
Tracing the evolution of eccentric precessing binary black holes: a hybrid approach
The University of Mississippi（密西西比大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）
本文推广 tilts_at_infinity 代码，用混合后牛顿轨道/进动平均演化计算偏心自旋进动双黑洞的无穷远处自旋倾角，并验证过渡频率误差及偏心率影响。
2026-10-26 astro-ph.HE gr-qc
Observational Signatures of Tilted Black Hole Accretion Disks from Simulations
几何厚吸积流可能存在于低/硬态观测的黑洞X射线双星和低光度活动星系核中。与几何薄盘不同，这些源的角动量轴不会与黑洞的自旋轴对齐。我们计算图像的三维广义相对论磁流体力学模拟错位（倾斜）吸积流使用相对论辐射转移，并比较估计的辐射边缘的位置与预期从他们对齐（未倾斜）的同行。倾斜模拟中的辐射边缘是独立的黑洞自旋为15度的倾斜，在形成鲜明对比的非倾斜模拟的结果，这同意从薄吸积盘理论预期的自旋的单调依赖性。倾斜模拟的合成发射线轮廓强烈依赖于观察者的方位角，并表现出独特的特征，如宽的“蓝翼”。再加上岁差，方位角的变化可能会在观测到的发射谱线中产生时间波动，这将是倾斜吸积流的清晰“签名”。最后，我们评估的可能性，所观察到的低和高频率的准周期振荡（QPO）从黑洞二进制可以产生错位吸积流。虽然低频QPOs从旋进，倾斜磁盘仍然是一个可行的选择，我们发现我们的光变曲线在高频QPOs的频率范围内的显着功率的证据很少。
2011-01-19 astro-ph.HE
Signs of Higher Multipoles and Orbital Precession in GW151226
本文对LIGO-Virgo合作组发现的第二个双星黑洞合并GW 151226进行了重新分析。先前的分析表明，这一事件的最佳拟合波形对应于$\sim 14 \, M_\odot$黑洞与$\sim 7.5 \, M_\odot$伴星的合并，质量比（$q \leq 1$）的后验分布相当平坦。在这项工作中，我们进行参数估计使用的波形模型，其中包括轨道进动和高阶辐射多极模式的影响，我们发现，GW 151226的源参数向低$q$和高有效自旋（$χ_{\rm eff}$）区域和$q$更好地测量。新的解决方案有一个对数似然大约两个点时，无论是更高的多极或轨道岁差被忽略，可以改变天体物理学的解释GW 151226。此外，我们发现使用平坦的$χ{\rm eff}$先验是有用的，它不会惩罚大的$|χ_{\rm eff}|$区域，以揭示GW 151226的更高可能性区域。我们的解有几个有趣的性质：（a）次级黑洞的质量接近天体物理学黑洞种群假设的下质量隙的上限;（b）轨道进动是由初级黑洞自旋驱动的，它具有与$\sim 0.85$一样大的无量纲幅度，并以$\sim 57^\circ$的角度偏离轨道角动量。由于GW 151226是一个相对较弱的信号，因此无法明确声称在信号中检测到这些效应。
2022-09-04 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Influences of tilted thin accretion disks on the observational appearance of hairy black holes in Horndeski gravity
本研究利用光线追踪方法，探究Horndeski引力中毛黑洞被倾斜薄吸积盘照亮时的230 GHz图像，发现标量毛参数减小会降低亮度并扩大内部阴影，且吸积盘倾角可模拟观测角，其进动可能导致光斑漂移，有助于区分毛黑洞与Schwarzschild黑洞。
2024-03-14 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
A Phase Lag between Disk and Corona in GRMHD Simulations of Precessing Tilted Accretion Disks
在它的演化过程中，黑洞（BH）从不同的方向吸积气体。给定一个随机吸积事件，吸积盘的典型角动量将相对于BH自旋倾斜$\sim$ 60 $^\circ$。未对准导致光盘以随BH旋转和倾斜角增加的速率旋进。我们提出了第一个广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟跨越一个完整的进动周期的高度倾斜（60 $^\circ$），适度薄（$h/r=0.1$）吸积盘周围的快速旋转（$a\simeq0.9$）BH。当圆盘和喷流同相进动时，我们发现夹在两者之间的日冕滞后于$\gtrsim 10^{\circ}$。对于BH吸积的光谱模型，这意味着硬非热（日冕）发射滞后于软（盘）发射，从而可能解释在X射线双星中的C型低频准周期振荡中看到的硬能量滞后的一些特性。强喷流不受这种盘状日冕滞后的影响，而弱喷流在$r \sim 100$黑洞半径处遇到滞后日冕时会失速。这种相互作用可能会抑制大规模喷流的形成。
2023-01-29 astro-ph.HE
Misalignment of the Lense-Thirring precession by an accretion torque
Indian Institute of Technology Indore（印度理工学院印多尔分校）；Northwestern University（西北大学）；Academy of Sciences（科学院）；Nicolaus Copernicus Astronomical Center（尼古拉·哥白尼天文中心）；College of Charleston（查尔斯顿学院）；Flatiron Institute（平研究所）
本文研究了由外盘施加的吸积扭矩如何导致环状物进动轴偏离黑洞自转轴，并探讨了其观测意义。
2025-12-14 astro-ph.HE
Tearing up the disc: how black holes accrete
我们表明，在现实的情况下，在活动星系核或恒星质量的X射线双星吸积，Lense-Thirring效应打破了旋转黑洞周围的倾斜吸积盘的中心区域成一组不同的平面，只有纤细的流动连接它们。如果外圆盘与黑洞自旋轴的初始错位为$45^{\circ} \lesssim θ\lesssim 135^{\circ}$，如随机取向吸积事件的$\sim 70$ %，则这些圆盘的持续进动会产生部分反向旋转的气流。当角动量被抵消，气体试图在更小的半径处形成圆形时，这就驱动了快速的坍缩。靠近黑洞的圆盘破裂导致直接的动力吸积，而进一步破裂可以将气体驱动到可以快速吸积的尺度。对于较小的倾斜角，仍然可以发生破裂，并且可能导致其他可观察到的现象，例如QPO。要想不出现这种效应，黑洞的自旋实际上必须小到可以忽略不计，或者几乎精确地与圆盘对齐。类似的结果适用于任何受强迫微分进动的吸积盘，例如围绕未对准的黑洞双星的外部盘。
2012-09-06 astro-ph.HE
Misaligned magnetized accretion flows onto spinning black holes: Magneto-spin alignment, outflow power, and intermittent jets
本文通过数值模拟研究了自转黑洞与盘角动量错位时的磁逮捕盘演化，发现喷流可通过磁自转对齐机制重整内盘，大倾角则引发间歇性喷流破坏盘结构，并指出缓慢吸积黑洞不表现持续LT进动，磁通量爆发驱动喷流摆动解释了观测现象。
2025-09-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
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
Hot, Retrograde Tilted MADs: Misaligned, Precessing, and Shaped by Electromagnetic Torques
JILA and Department of Astrophysical and Planetary Sciences, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校 JILA 天体物理与行星科学系）
研究揭示了强磁化逆行偏移吸积盘在黑洞自转影响下的对齐机制及电磁扭矩作用
2026-01-22 astro-ph.HE
Electromagnetic Signatures of Supermassive Binary Black Holes: Synchrotron, Self-Lensing Flares, and Jet Precession
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Tsinghua University（清华大学）；Goethe-Universität Frankfurt（法兰克福歌德大学）；University College London（伦敦大学学院）
通过3D GRMHD模拟和辐射转移计算，研究次级黑洞与磁囚禁盘相互作用的电磁信号，发现自透镜耀发比激波耀发更可靠作为电磁对应体。
2026-06-18 astro-ph.HE
Black hole spin from wobbling and rotation of the M87 jet and a sign of a magnetically arrested disc
新的长期甚长基线阵列在43 GHz的M87射电星系中对著名的喷流进行的观测表明，喷流经历了大约8-10年准周期性的侧向移动。这种喷流摆动可能表明由倾斜的吸积盘引起的相对论性朗斯-瑟林岁差。摆动周期与最新的喷流旋转的运动学数据一起开辟了估计中央超大质量黑洞角动量的可能性。在测试粒子进动的情况下，比角动量是$J/Mc=(2.7\pm1.5)\times10^{14}$ cm，这意味着有争议的气体动力学和恒星动力学黑洞质量的无量纲自旋参数$a=0.5\pm0.3$和$0.31\pm0.17$适中。然而，在类固体进动的情况下，两个质量的自旋参数$0.15\pm0.05$都要小得多。根据其他独立的自旋估计拒绝这个值需要在M87中存在磁制动盘。
2018-07-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
Disc Tearing and Bardeen-Petterson Alignment in GRMHD Simulations of Highly Tilted Thin Accretion Discs
明亮的活动星系核（AGN）和X射线双星（XRB）通常包含几何上薄的、辐射冷却的吸积盘。根据理论，在许多情况下，这些黑洞最初与黑洞赤道高度错位。在这项工作中，我们提出了第一个广义相对论磁流体动力学模拟非常薄的（h/r~0.015-0.05）吸积盘周围的快速旋转（a~0.9）黑洞和倾斜45-65度。我们表明，内部区域的磁盘与h/r<0.03对齐的黑洞赤道，虽然比分析工作预测的半径小。内部对准和外部未对准的盘区域由倾斜角的急剧中断分离，伴随着密度的急剧下降。我们发现，由旋转的黑洞的帧拖动压倒了磁盘的粘度，这是自洽产生的磁化湍流，撕裂光盘，并形成一个快速旋进的内子盘周围的一个缓慢旋进的外子盘。我们发现，该系统产生一对相对论射流的所有初始倾斜值。在小距离处，黑洞发射的喷流与内子盘一起快速进动，而在大距离处，它们与外子盘部分对齐，进动较慢。如果撕裂半径能在未来的工作中精确建模，基于进动驱动的准周期振荡的黑洞自旋的发射模型无关的测量可能成为可能。
2022-08-10 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
The Luminous, Hard State Can't Be MAD
本研究基于三个核心前提论证黑洞X射线双星的亮硬态并非总对应磁阻遏吸积盘（MAD），若前提成立，观测到C型准周期振荡即可排除MAD态，覆盖几乎所有亮硬态、硬中间态的黑洞X射线双星。
2023-07-17 astro-ph.HE
Tilted black hole accretion disc models of Sagittarius A*: time-variable millimetre to near-infrared emission
对银河系中心黑洞候选者Sgr A* 的高分辨率、多波长和时域观测，可以直接检验当代吸积理论。到目前为止，所有的模型都假设吸积盘和黑洞角动量轴之间是对齐的，但这对于像Sgr A* 上那样的几何厚吸积流是不合理的。相反，我们计算的图像和光谱从一组模拟的吸积流错位（“倾斜”）15度的黑洞自旋轴，并将它们与毫米（mm）近红外（NIR）观测。来自偏心流体轨道的非轴对称驻波占主导地位的排放，导致广泛的可能的图像形态。这些影响使先前通过模型拟合得到的参数估计无效，包括对无量纲黑洞自旋的估计，除非自旋或倾斜值可能较低。在1.3毫米时，图像具有新月形的形态，黑洞阴影可能仍然可以用于未来的毫米VLBI观测。冲击加热导致高能电子（T > 10^12 K），这可以自然地产生观察到的近红外通量，光谱指数和快速变化（“耀斑”）。这种近红外发射与毫米中的发射不相关，这也与观测结果一致。这些是第一个模型，自洽地解释了时间变量毫米到近红外发射的Sgr A*。该模型的预测，包括显着的结构变化与毫米VLBI观察到的动力学（小时）和透镜-Thirring岁差（日-年）的时间尺度;和30-50微弧秒的变化，质心位置从极端的引力透镜事件在近红外耀斑，未来的VLT仪器重力检测。如果观测到的近红外辐射是由倾斜的吸积盘中的激波加热引起的，那么银河系中心的黑洞就有一个正的、非零的自旋参数（a > 0）。
2012-04-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
On the dynamics of low-viscosity warped discs around black holes
如果黑洞周围的吸积盘相对于黑洞的自旋矢量倾斜，那么它会被透镜-瑟林进动所扭曲。当圆盘的粘性足够大，使得翘曲传播是扩散性的时，内部圆盘可以与黑洞自旋对齐。然而，如果粘度是小的，这样的翘曲传播的波，然后稳态解的线性流体方程表现出振荡的径向轮廓的光盘倾斜角接近黑洞。在这里，我们表明，第一次，这些解决方案是在良好的协议与三维流体动力学模拟，其中的粘度是各向同性和测量是小相比，光盘角半厚度，并在光盘倾斜的情况下，从而翘曲幅度-仍然很小。我们表明，使用线性化流体方程和流体动力学模拟，内部光盘倾斜可以比原来的光盘倾斜几倍以上，我们提供了这种效果的物理推理。我们探讨的过渡光盘行为的错位角的增加，发现增加的耗散与强翘曲的区域。对于足够大的未对准，盘变得不稳定，从而盘撕裂并破裂成离散的平面。对于我们在这里提出的模拟，我们表明，总的（物理和数值）粘度在光盘断裂时是足够小的光盘撕裂发生在波动状制度，证实光盘撕裂是可能的，在这个区域的参数空间。我们的模拟表明，高的空间分辨率，因此低的数值粘性，需要准确地模拟在这个政权的翘曲动力学。最后，我们讨论了我们的结果的观测意义。
2021-09-13 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
