Merging Compact Binaries Near a Rotating Supermassive Black Hole: Eccentricity Excitation due to Apsidal Precession Resonance
研究了在一个旋转的超大质量黑洞（SMBH）附近的三重结构中合并致密双星的动力学。我们包括各种广义相对论的影响，耦合的内轨道，外轨道和自旋的SMBH。在引力辐射引起的轨道衰变过程中，内双星会遇到“拱心进动共振”，并经历偏心激发。当内双星的拱点进动速率与外双星的拱点进动速率相匹配时，就会发生这种共振，这种进动由牛顿相互作用和各种后牛顿效应驱动。偏心率激励要求外轨道具有有限的偏心率，并且对于具有小的相互倾斜的三重体是最有效的，与充分研究的Lidov-Kozai效应相反。共振和相关的偏心率增长可能发生在双星发射低频带的引力波时，并且可能被未来的天基引力波探测器探测到。
2020-07-14 astro-ph.HE gr-qc
Spin-Orbit Misalignment of Merging Black-Hole Binaries with Tertiary Companions
研究了外伴星对并合黑洞（BH）双星轨道和自旋演化的影响。一个足够近和倾斜的伴星可以激发双星的Lidov-Kozai（LK）偏心率振荡，从而缩短其合并时间。在这种LK增强的轨道衰减期间，BH的自旋轴通常表现出混沌演化，导致与初始对准配置的最终自旋-轨道失准角的宽范围（$0^\circ$ - $180^\circ$）。对于不经历偏心激发的系统，只能产生适度的（$\lesssim 20^\circ$）自旋轨道失调，我们推导出一个解析表达式的最终失调使用绝热不变性的原则。自旋轨道失调直接影响引力波形，可以用来约束BH双星的形成方案和外部伴星的动力学影响。
2017-09-03 astro-ph.HE
Exploring stellar evolution with gravitational-wave observations
最近探测到的合并双黑洞产生的引力波为研究大质量恒星的演化和黑洞的形成提供了新的可能性。特别是，恒星演化模型可能会受到限制的基础上的差异，预测分布的黑洞质量和红移。在这项工作中，我们提出了一个框架，结合星系和恒星演化模型，并用它来预测合并的双黑洞的检测率为各种恒星演化模型。我们讨论的前景约束的时间延迟分布的形状合并二进制文件只使用观测到的啁啾质量分布。最后，我们考虑了一个原生黑洞形成的一般模型，并讨论了将其与恒星起源的黑洞区分开来的可能性。
2018-09-09 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Spin orientations of merging black holes formed from the evolution of stellar binaries
我们研究了合并的二元黑洞（BH）的预期自旋错位形成隔离状态相结合的最先进的人口合成模型与有效的后牛顿演化，从而跟踪从恒星形成的引力波检测源。我们提出了广泛的预测，目前和未来的干涉仪可检测的源的属性。我们解释了这样一个事实，即探测器对具有合适自旋方向的自旋BH二进制更敏感，并发现这显著影响了LIGO可探测的源的数量，而第三代探测器的情况并非如此。我们发现，三个形成途径，区分的核心崩溃和共同的信封阶段的顺序，占主导地位的观察人口，他们的相对重要性，关键取决于在出生时给予BH的反冲。我们的模型表明，“有效自旋”参数$χ_{\rm eff}$的测量将允许强大的约束。例如，我们发现，自旋幅度和自旋方向的作用在$χ_{\rm eff}$可以在很大程度上解开，和有效自旋分布的对称性是一个强大的指示器的二进制的形成历史。我们对单个自旋方向及其进动形态的预测证实并扩展了早期的玩具模型，同时探索了更现实和更广泛的初始条件。我们的主要结论是，特定的BH双星子群将表现出独特的岁差动力学：这些类包括（但不限于）源恒星潮汐相互作用的作用在足够短的时间尺度上，和大规模的二进制产生的脉动对不稳定超新星。BH自旋方向的测量具有巨大的潜力，可以限制大质量双星生命中的特定演化过程。
2018-10-20 astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic extraction of energy from merging black holes
我们计算了合并黑洞产生的瞬发内禀坡印廷势的演化。绕轨道运行的黑洞引起时空的旋转。在轨道外的吸积盘所支持的磁场存在下，这会导致通过Blandford-Znajek型过程产生电磁流出，其光度为$L_{EM} \sim G^3 M^3 B^2/(c^5 R_{orb}) $，并在合并时达到相当低的$L_{EM} = 10^{37}-10^{39} m_6 $ erg s $^{-1}$（$m_6$是黑洞的质量，以太阳质量为单位）的最大值。耗散的风力发电可能会产生两种类型的观察到的签名：一个高度可变的准直发射来自内部耗散内的射流和宽带近各向同性发射产生的终端冲击。
2010-12-21 astro-ph.HE gr-qc
Building better spin models for merging binary black holes: Evidence for non-spinning and rapidly spinning nearly aligned sub-populations
最近的工作描绘了一个矛盾的肖像黑洞自旋分布在合并双星测量与引力波。一些分析发现，相当一部分的合并双星包含至少一个黑洞的自旋倾斜$>90^\circ$相对于轨道角动量矢量，这已被解释为一个签名的动态组装。其他分析发现，数据是一致的双峰人口，其中一些双星包含黑洞与可忽略的自旋，而其余的包含黑洞的自旋矢量优先与轨道角动量矢量对齐。在这项工作中，我们仔细检查模型的分布黑洞自旋，以查明可能的故障模式，该模型产生一个错误的结论。我们重新分析数据从第二个LIGO-室女座引力波瞬态目录（GWTC-2）使用修订的自旋模型，它允许一个子群的黑洞可以忽略不计的自旋。与Roulet等人最近的结果一致，我们发现GWTC-2的检测结果与两个不同的亚群是一致的。我们估计合并双星的$29-75\%$（90\%可信区间）包含自旋可忽略的$χ\approx 0$的黑洞。剩下的双星是第二个子群的一部分，其中自旋矢量优先（但不完全）与轨道角动量对齐。第二个子群中的黑洞的特征是自旋为$χ\sim0.45$。我们认为，推断的自旋分布是一致的假设，所有合并的双星形式通过字段形成的情况。
2022-04-23 astro-ph.HE gr-qc
Eccentricity and Inclination Excitation of Stellar Orbits around merging Black-Hole Binaries
School of Astronomy and Space Science, Nanjing University（南京大学天文与空间科学学院）；Key Laboratory of Modern Astronomy and Astrophysics in Ministry of Education, Nanjing University（南京大学现代天体学与天体物理教育部重点实验室）
本研究构建含第三体摄动和后牛顿效应的框架，揭示并合黑洞双星周围恒星轨道经四极阶及八极阶共振激发倾角与偏心率，为探测并合BHBs提供间接途径。
2026-09-23 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Spin-eccentricity interplay in merging binary black holes
本文采用后牛顿多时间尺度方法分析双黑洞旋进，揭示自旋进动与轨道偏心率的耦合效应，指出早期偏心演化会在自旋取向中留下记忆，同时残余偏心率会造成历史重建的系统误差。
2024-01-18 astro-ph.HE gr-qc
Simulating merging binary black holes with nearly extremal spins
天体物理上现实的黑洞可能具有接近极端的自旋（即，接近1的无量纲单位）。双黑洞的数值模拟是校准引力波探测分析模板和探索弯曲时空非线性动力学的重要工具。然而，所有先前对双黑洞螺旋、合并和衰荡的模拟都受到一个显然不可逾越的障碍的限制：合并黑洞的自旋不能超过0.93，这离自旋物理效应的最大可能值还有很长的路要走。在本文中，我们第一次超过了这个极限，开辟了一条道路，以数字探索合并的行为，近极端的黑洞。具体来说，使用一种改进的初始数据的方法，适用于二进制黑洞与近极端的自旋，我们模拟的inspiral（通过12.5轨道），合并和衰荡的两个等质量的黑洞具有相同的自旋的幅度为0.95 antialigned与轨道角动量。
2011-01-11 astro-ph.HE gr-qc
The role of the galaxy stellar mass function in determining the cosmological distribution of astrophysical transients with applications to fast radio bursts and merging binary black holes
Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）；The Open University of Israel（以色列开放大学）
通过引入星系恒星质量函数及其红移演化，修正了快速射电暴和并合双黑洞等暂现源的宇宙学分布模型，发现快速射电暴的单位恒星质量形成效率需提高约3倍，并指出忽略宿主星系信息会导致有偏结果。
2026-06-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The mass gap, the spin gap, and the origin of merging binary black holes
LIGO和Virgo观测到的黑洞双星合并的两个主要通道被认为是恒星双星在磁场中的孤立演化和星团中的动力学形成。它们的相对效率可以用“混合分数”来表征。“对不稳定性防止恒星坍缩产生质量超过$45 M_\odot$的黑洞。这种“质量差距”只适用于场形成的情况，它可以通过集群中的重复合并来填补。类似的推理也适用于双星的有效自旋。如果黑洞出生时是缓慢旋转的，那么参数空间的高自旋部分（“自旋间隙”）只能由动态组装的黑洞双星填充。使用半解析集群模型，我们表明，未来的引力波事件中的质量差距，自旋差距，或两者都可以利用来推断字段和团簇形成通道之间的混合分数。
2020-08-28 astro-ph.HE gr-qc
Spin-Orbit Alignment in Merging Binary Black Holes Following Collisions with Massive Stars
本文通过流体动力学模拟研究致密星团中双黑洞（BBHs）与大质量恒星碰撞及碎片吸积对自旋-轨道对准的影响，发现其可形成小正有效自旋（χₑff≲0.2）的BBHs，挑战了动态组装BBHs自旋各向同性的假设。
2025-02-13 astro-ph.HE
Observable signature of merging stellar-mass black holes in active galactic nuclei
本研究提出活动星系核盘内并合的吸积黑洞喷流可作为特殊电磁暂现源被多波段探测，能解释部分引力波事件与电磁暂现源的可能关联，未来或可验证黑洞并合的活动星系核起源假说。
2023-03-18 astro-ph.GA astro-ph.HE
Supermassive black hole growth in hierarchically merging nuclear star clusters
研究通过宇宙学并合树分析星系层级并合，论证超大质量黑洞种子在早期核星团中通过恒星黑洞并合形成，并指出中等质量黑洞、核星团、早期气体吸积及引力波背景等可观测示踪物。
2024-12-19 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
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
Merging Compact Binaries in Hierarchical Triple Systems: Resonant Excitation of Binary Eccentricity
研究了具有三级伴星的致密双星（包括白矮星、中子星和黑洞）的长期动力学。由于内双星（最初的偏心率可以忽略不计）由于引力辐射而经历轨道衰减，它的偏心率可以被来自第三行星的引力强迫所激发。这种激发发生在三重系统通过“拱进共振”时，当内部双星的岁差率，由外部伴星和广义相对论的引力摄动驱动，匹配外部双星的岁差率。偏心激励要求外伴星位于偏心轨道上，内外轨道之间的相互倾角小于$\sim 40^\circ$。来自内双星的引力波（GW）信号可以随着系统通过拱点进动共振的演化而被显著地修改。对于某些系统参数（例如，白矮星双星和棕矮星三等星），当双星发射的引力波在$10^{-4}-10^{-1}$ ~Hz范围（LISA的灵敏度波段）时，就会发生共振。
2017-06-16 astro-ph.HE gr-qc
Accretion-modified Stars in Accretion Disks of Active Galactic Nuclei: Gravitational Wave Bursts and Electromagnetic Counterparts from Merging Stellar Black Hole Binaries
最近LIGO/Virgo对双星黑洞（BBH）合并产生的引力波（GW）的探测，特别是对可能与类星体有关的GW 190521的探测，重新激发了人们对活动星系核（AGN）作为合并BBH工厂的兴趣。在超大质量黑洞（SMBH）吸积盘的稠密气体环境中，由大质量恒星演化而来的致密天体被大质量包层包裹而形成吸积改性星（AMS）。我们发现，大多数AMS形成双星由于相互之间的引力相互作用，在径向迁移的SMBH磁盘，形成BBHS内的AMS。当BBH诞生时，它的轨道最初由SMBH的潮汐力矩控制。Bondi吸积以超爱丁顿速率自然发展，然后控制其轨道的演化。我们发现，邦迪吸积导致有效地删除的轨道角动量的二元，其最终合并产生GW爆发。与此同时，Blandford-Znajek机制泵出合并BH的自旋能量以产生电磁对应物（EMC）。此外，超爱丁顿吸积到BBH发展强大的外流，并触发邦迪爆炸，这表现为一个EMC的GW爆发，这取决于吸积流的粘度。Bondi球的热辐射是电磁兼容的一种。BBH以LIGO可访问的频率$\sim 10^{2}\,$ Hz辐射GW。
2021-06-21 astro-ph.GA astro-ph.HE
The formation of $30\,M_\odot$ merging black holes at solar metallicity
孤立双星中形成的黑洞的最大质量取决于恒星风和双星组件之间的相互作用。我们认为第一次完全自洽的详细恒星结构和二进制演化计算人口合成模型和一个新的，质的不同的图片出现的黑洞双星的形成，相比，研究采用快速人口合成模型。我们发现合并的双黑洞可以形成一个不可忽略的速率（$\sim 4\times10^{-7}\,M_\odot^{-1}$）在太阳的金属丰度。它们的祖先恒星初始质量为$\gtrsim 50\,M_\odot$，不会膨胀到超巨星半径，大多数情况下避免了明显的尘埃驱动或明亮的蓝色变星风。总的来说，恒星的前身星在恒星风中损失的质量较少，导致黑洞的质量与$\sim 30\,M_\odot$一样大，并且大约有一半的恒星在形成第一个黑洞之前避免了质量转移。最后，初始周期为几天的双星，其中一些可能会经历罗什叶溢出质量转移，导致温和旋转的第一个出生的黑洞，$χ_\mathrm{BH1} \lesssim 0.2$，假设有效的角动量传输。
2022-12-21 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
The diverse morphology of gravitational wave signals from merging neutron-star white-dwarf binaries
研究揭示了NSWD双星系统在不同参数下可能的多条演化路径，并展示了其多样的引力波信号特征。
2025-11-26 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Determining the progenitors of merging black-hole binaries
本文研究了一种通过引力波（GW）信号确定黑洞合并前体的可能方法。我们认为，测量的GW事件与重叠的星系目录的交叉相关性，可以提供一个额外的工具，以确定BH合并跟踪宇宙的恒星质量，因为预计从合并的端点的恒星演化。另一方面，如果黑洞是原始起源的，就像最近提出的那样，它们的合并将优先由低偏差的物体主持，因此与发光星系的互相关性较低。在这里，我们预测了当前和未来的GW探测器，如LIGO和爱因斯坦望远镜的互相关测量的预期精度。然后，我们预测如何以及这些仪器可以区分模型，确定高质量的BH-BH合并作为合并的原始黑洞，构成宇宙中的暗物质从更传统的天体物理学来源。
2016-05-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The Mass Density of Merging Binary Black Holes Over Cosmic Time
本研究利用 GWTC-3 数据建模推断双黑洞并合率，发现其前身优先形成于低金属丰度环境且延迟时间较短，并指出并合双黑洞质量密度随红移的演化及其与存活大质量恒星和超大质量黑洞质量的对比关系。
2024-03-25 astro-ph.CO astro-ph.HE
Concise estimate of the expected number of detections for stellar-mass binary black holes by eLISA
研究了利用改进的激光干涉空间天线（eLISA）探测类似于GW 150914的河外双星黑洞的前景。我们发现，大多数检测到的二元黑洞将不会合并在合理的观测周期内的eLISA在任何配置。虽然长臂探测器是非常需要的，以促进多波段引力波天文学通过增加合并双星的检测，总检测的数量也可以通过改善加速度噪声增加。单色近似的工作原理，以及获得半定量的功能，观测前景的非合并双星，清楚地表明参数的依赖性。我们的估计还表明，在误差体积中的星系数量是如此之小，宿主星系可能是唯一确定的高置信度。
2016-08-29 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
A Stellar Role Reversal: Multiple Features in the Mass and Mass Ratio Distributions of Merging Binary Black Holes from Stable Mass Transfer
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Radboud University Nijmegen（奈梅亨拉德堡德大学）
研究稳定质量传输通道如何影响并合双黑洞的主质量与质量比分布，发现质量比反转产生高主质量、近等质量比子群，稳定判据在质量-质量比平面划分出互补区域，形成双峰特征。
2026-06-26 astro-ph.HE astro-ph.SR
The host galaxies of double compact objects merging in the local Universe
我们调查的主机星系的紧凑的对象合并在本地宇宙中，通过结合的结果的二进制人口合成模拟与Illustris宇宙学盒。双中子星（DNS）在本机宇宙中的合并倾向于在大质量星系（恒星质量为$>10^{9}$ M $_\odot$）中形成，并在它们形成的同一星系中合并，在祖星形成和DNS合并之间有很短的延迟时间。相比之下，双黑洞（DBH）和黑洞$-$中子星双星（BHNS）优先在小星系（恒星质量为$<10^{10}$ M $_\odot$）中形成，并在较小或较大的星系中合并，延迟时间较长。这一结果是金属丰度的影响：合并的DBH和BHNS优先形成于贫金属的祖先（$Z\leq{}0.1$ Z $_\odot$），这在高红移星系和本地矮星系中更常见，而合并的DNS对祖先的金属丰度只有轻微的敏感性，因此在现在的大质量星系中更丰富。我们预测的DNS主机的质量范围与短伽马射线暴主机的质量范围是一致的。
2018-09-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational Wave Capture in Spinning Black Hole Encounters
当两个黑洞在星团中近距离相遇时，它们的轨道可以通过发射引力波而转变为束缚轨道，这被称为引力波（GW）捕获。在数值相对论的背景下，研究了黑洞自旋对GW俘获的影响。当两个黑洞质量相等时，碰撞过程中的辐射能量依赖于有效自旋。当两个黑洞的自旋与轨道角动量反向对齐时，会产生最强的辐射。但在直接合并的情况下，情况正好相反：最强的辐射来自自旋与轨道角动量对齐的黑洞。假设近心点距离均匀分布，则GW捕获中的直接合并部分与$v^{4/7}$成正比增加，其中$v$是星团的速度色散，这意味着大约5%的GW捕获导致了$v=150$ km s $^{-1}$的星团的直接合并。
2020-07-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
P13 an ULX that is a potential progenitor of merging BH-NS system
我们研究了最近在NGC 7793中发现的ULX源P13的未来演化。这个源被证明包含一个5-15 $M_{\odot}$黑洞和一个大质量18-23 $M_{\odot}$ B 9 Ia伴星，轨道为64天。对于低质量黑洞（5-10 $M_{\odot}$）和高质量伴星（$\gtrsim 20 M_{\odot}$），预测该双星在不久的将来将开始一个共同的包线演化，并显著减小轨道间隔（6小时轨道）。这导致了一个高概率（$\sim70\%$）的系统幸存的超新星爆炸，将形成一个中子星的伴星。大约三分之一幸存的BH-NS系统将在哈勃时间内合并，成为高频引力辐射源。我们估计，通过P13进化通道形成的具有先进LIGO/Virgo的BH-NS系统的检测机会在0.1年$^{-1}$的水平上，允许概率$0 ÷0.6$年$^{-1}$的范围很宽。这是对BH-NS合并率的第四次经验估计。
2016-01-12 astro-ph.HE
Reconstructing Masses of Merging Neutron Stars from Stellar $R$-Process Abundance Signatures
中子星合并（NSMs）是快速中子俘获（“$r$ -”）过程的有希望的天体物理场所，但它们的综合产额能解释银河系中大多数重元素物质吗？解决这个问题的一种方法是利用一种向前的方法，传播NSM率和产量以及恒星形成率，最后将这些结果与观测到的$r$过程丰富，金属贫乏的恒星的化学丰度进行比较。在这项工作中，我们采取逆的方法，利用$r$ -过程元素丰度比的贫金属星作为输入，重建的属性-特别是质量--的中子星（NS）的双祖先的$r$ -过程的明星。这种新颖的分析提供了一个独立的途径，研究人口的原始中子星双星系统，合并和生产的$r$工艺材料纳入银河系贫金属晕星。我们使用通常与有限$r$过程和锕系元素区域相关的元素与镧系元素区域中的元素的比率（即，Zr/Dy和Th/Dy）以探测祖细胞合并物的NS质量。我们发现，NSMs可以占所有$r$过程中的金属贫星显示$r$过程签名的材料，同时再现当今的双NS（DNS）系统的分布。然而，大多数$r$过程增强的恒星（$r$ -II恒星）本身需要非常不对称系统的原始NSM，与银河系中的现有系统截然不同。由于这种分析是依赖于模型的，我们还探索了与未来预期有关的潜在理论和观测更新的变化，并评论了这些变化如何影响我们的结果。
2020-10-04 astro-ph.HE
Merging binary black holes formed through chemically homogeneous evolution in short-period stellar binaries
我们探索一个新提出的通道，以创建恒星起源的二元黑洞。这种情况适用于大质量的紧密双星，其中旋转和潮汐引起的混合将氢燃烧的产物输送到整个恒星包层。这慢慢地使整个恒星充满氦，防止内部化学梯度的建立。恒星保持紧凑，因为它们在化学上几乎均匀地演化，最终形成两个黑洞，我们估计，它们通常在形成后合并4- 11 Gyr。与其他拟议的通道一样，这一演化途径存在重大的理论不确定性，但在不久的将来可能会受到先进的地基引力波探测器数据的限制。我们进行蒙特卡罗模拟的预期合并率在宇宙时间，探索的影响和不确定性。我们对这个通道的默认模型产生了一个本地的双黑洞合并率约为$10$ Gpc $^{-3}$年$^{-1}$在红移$z=0$，峰值是这个速度的两倍在$z=0.5$。这意味着，这个通道是有竞争力的，在预期的速率方面，与传统的形成方案，涉及一个共同的信封阶段在孤立的二元演化或动态相互作用在一个密集的集群。来自该通道的事件可以通过对几乎相等质量的分量和高质量的偏好来区分，典型的总质量在50和110 $\textrm{M}_\odot$之间。与传统的孤立双星演化的情况下，涉及收缩的轨道在一个共同的信封阶段，短时间的延迟是不可能的，这意味着我们不希望合并在高红移。
2016-06-06 astro-ph.HE astro-ph.SR
Unravelling the progenitors of merging black hole binaries
近年来的引力波探测证实了大质量恒星黑洞双星的存在，但黑洞双星的形成通道仍是一个悬而未决的问题。在这里，我们调查的人口BBHs使用我们的新的人口合成代码MOBSE。MOBSE是广泛使用的双星总体合成代码BSE（Hurley et al. 2000，Hurley et al. 2002）的更新版本，包括确定大质量恒星命运的关键要素：最新的恒星风处方和超新星模型。使用MOBSE，我们在低金属丰度下形成总质量高达$\sim{}120$ M $_\odot$的BBH，但只有总质量高达$\sim{}80$ M $_\odot$的系统在不到一个哈勃时间内合并。我们的研究结果表明，只有大质量贫金属星（$Z\lesssim 0.002$）才可能是像GW 150914这样的引力波事件的祖先。此外，我们预测，合并BBH形式更有效地从金属贫比富金属的恒星。
2018-07-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
Stellar black hole binaries from two common envelope evolution phases in triple stellar systems
Technion - Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
提出三星演化通道，通过两次公共包层演化形成具有平均正有效自旋χ_eff和负χ_eff尾部的密近双黑洞系统，解释引力波观测到的自旋分布。
2026-09-09 astro-ph.HE
Long-term Evolution of Tightly-Packed Stellar Black Holes in AGN Disks: Formation of Merging Black-Hole Binaries via Close Encounters
本文研究了两个或多个恒星黑洞（BH）围绕超大质量黑洞（SMBH）的初始分离但不稳定的圆形轨道的长期演化。这种紧密堆积的轨道结构可以自然地产生于活动星系核盘中的黑洞迁移。轨道的动力学不稳定性导致两个黑洞之间经常发生近距离相遇，在此期间，黑洞间距$r_{\rm p}$变得小于希尔半径$R_{\rm H}$。在罕见的非常近距离的相遇中（$r_{\rm p}$比$R_{\rm H}$小几个数量级），一个紧密合并的BH双星可以在引力波发射的帮助下形成。我们使用$N$ -体模拟来研究不同程度的“接近”的近距离相遇的时间演化和由此产生的二进制BH合并的属性。对于典型的“SMBH + 2 BH”系统，近距离相遇（使用$r_{\rm p} \lesssim R_{\rm H}$）的平均累积次数近似为$\propto t^{0.5}$。对于$r_{\rm p} \ll R_{\rm H}$，最小相遇间隔$r_{\rm p}$遵循线性累积分布$P(<r_{\rm p}) \propto r_{\rm p}$。从这些，我们得到一个半解析表达式的平均率的二进制捕获，导致BH合并。我们的结果表明，活动星系核盘中的密堆积黑洞可能需要很长的时间（$\gtrsim 10^7$围绕SMBH的轨道）才能经历足够近的相遇并形成一个束缚双星，尽管如果初始黑洞轨道高度对齐，这个时间可以更短。在这种情况下产生的BH双星合并总是…
2022-03-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
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
Quiescent and active galactic nuclei as factories of merging compact objects in the era of gravitational-wave astronomy
银河系核心拥有一个中央超大质量黑洞（SMBH），可能被一个致密的核团（NC）包围，代表了极端的环境，其中包含许多物理过程的复杂相互作用，这些物理过程独特地影响恒星的形成，演化和动力学。黑洞（BH）和中子星（NS）合并发出的引力波（GW）的发现，汇集了大量的工作，集中在理解紧凑物体双星（COB）如何配对和合并在一起。在这里，我们回顾从理论的角度来看，不同的机制如何同意的形成，演化和合并的COB周围的静止SMBH和活动星系核（AGN），总结当前和未来（GW）的检测的主要预测，并概述了可能的功能，可以清楚地标记一个星系核的起源。
2023-02-27 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Deviation of Stellar Orbits from Test Particle Trajectories Around Sgr A* Due to Tides and Winds
监测Sgr A* 周围恒星的轨道提供了探测它们的轨道平面由于标架拖曳而产生的进动、测量黑洞的自旋和四极矩以及检验无毛定理的可能性。在这里，我们调查是否偏离恒星轨道的测试粒子的轨道，由于风的质量损失和潮汐耗散的轨道能量妥协这样的测量。我们发现，恒星风的影响，一般来说，可以忽略不计。另一方面，对于最偏心的轨道（e>0.96），光学干涉仪（如重力仪）将检测到由于坐标系拖曳引起的轨道平面进动，轨道能量的潮汐耗散发生的时间尺度与由于黑洞的四极矩引起的进动的时间尺度相当。因此，在用恒星轨道检验无毛定理时，这种非保守效应是系统不确定性的一个潜在来源。
2012-12-13 astro-ph.EP astro-ph.HE gr-qc
Great Balls of FIRE IV. The contribution of massive star clusters to the astrophysical population of merging binary black holes
本文通过建立三种大质量星团形成模型并结合宇宙学模拟与星团蒙特卡洛动力学预测，估计星团动力学形成的并合双黑洞本地并合率为1-10 Gpc⁻³yr⁻¹，可占近邻宇宙总并合率的多达一半，揭示该渠道的重要贡献。
2025-03-05 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Formation of Merging Black Hole Binaries Inside Massive AGN Stars
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；Department of Astronomy and Astrophysics, University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校天体物理学与天文学系）；School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study（高等研究院自然科学院）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学天体物理科学系）
本研究通过三维流体动力学模拟证明，活动星系核盘中的恒星可捕获经过的黑洞，在内部形成并合时间短的黑洞双星，为引力波事件提供可行来源。
2026-09-16 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
High-energy Neutrinos from Merging Stellar-mass Black Holes in Active Galactic Nuclei Accretion Disk
本文研究了活动星系核吸积盘中双星恒星级黑洞并合喷流产生高能中微子的机制，发现盘外部区域的并合可产生TeV-PeV中微子爆发，能被IceCube在引力波后探测到，是多信使观测的潜在目标源。
2023-11-20 astro-ph.HE hep-ph
Merging black hole binaries with the SEVN code
研究黑洞双星（BHB）的形成和演化对于解释当前和未来的引力波（GW）探测是必不可少的。我们调查的统计BHB形式从孤立的二进制文件，通过一个新版本的SEVN人口合成代码。SEVN通过在恒星演化轨迹网格上插值来整合恒星演化。我们将SEVN升级为包括双星演化过程，并使用它来演化$1.5\times{}10^8$双星系统的样本，金属丰度在$\left[10^{-4};4\times 10^{-2}\right]$范围内。从我们的模拟中，我们发现，黑洞（BH）的质量分布在双致密天体双星是非常相似的，只考虑单个恒星的演化。我们获得的最大BH质量分别为金属丰度为$Z=2\times 10^{-2}$、$6\times 10^{-3}$和$10^{-4}$的$\sim 30$、$45$和$55\, \mathrm{M}_\odot$。也可能形成几个大质量的单个BH（BH总数的$\lesssim 0.1\%$），质量分别高达$\sim 65$、$90$和$145\, \mathrm{M}_\odot$，位于$Z=2\times 10^{-2}$、$6\times 10^{-3}$和$10^{-4}$。这些黑洞落在从对不稳定超新星预测的质量间隙中。我们还表明，最大规模的BHB不太可能在哈勃时间内合并。在我们的模拟中，合并的BH，如GW 151226和GW 170608，形成在所有的金属丰度，高质量的系…
2019-04-10 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Host galaxies of merging compact objects: mass, star formation rate, metallicity and colours
描述合并致密天体的宿主星系的特性为解释当前和未来的引力波探测提供了重要线索。在这里，我们调查的恒星质量，恒星形成率（SFR），金属丰度和合并的紧凑对象在本地宇宙的宿主星系的颜色，通过结合MOBSE人口合成模型的结果与星系目录从EAGLE模拟。我们预言，宿主星系的恒星质量是双中子星（DNSs）、双黑洞（DBHs）和黑洞-中子星双星（BHNSs）合并率${\rm n}_{\rm GW}$的一个很好的示踪剂。我们发现${\rm n}_{\rm GW}$和SFR之间也存在显著相关性。因此，${\rm n}_{\rm GW}$也与$r-$带光度和宿主星系的$g-r$颜色相关。有趣的是，在本宇宙中所有的DNS、BHNS和DBH合并中，$\gtrsim{}60$ %、$\gtrsim{}64$ %和$\gtrsim{}73$ %都位于早型星系中，如NGC 4993。我们预测类银河系的局域DNS合并率密度为$\sim{}238~{\rm Gpc}^{-3}~{\rm yr}~^{-1}$，DNS合并率为$\sim{}16-121$ Myr $^{-1}$.因此，我们的结果与从GW 170817推断的DNS合并率和从银河系DNS推断的DNS合并率一致。
2019-05-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
LISA and the Existence of a Fast-Merging Double Neutron Star Formation Channel
使用银河系双中子星（DNS）合并率为2.1亿年$^{-1}$，由激光干涉引力波天文台（LIGO）得出，我们证明，激光干涉空间天线（LISA）将检测平均240（330）DNSs在银河系内的4年（8年）的任务与信噪比大于7。即使采用由银河系DNS数量推导出的更悲观的42 Myr $^{-1}$速率，我们也发现了46（65）个银河系DNS的显着检测。这些DNS可以用来约束地层场景。特别地，使用射电望远镜的传统NS发现方法不能检测具有$P_{\rm orb}$ $\lesssim$ 1小时（合并时间$\lesssim$ 10Myr）的DNS。如果存在一个快速合并的通道，形成DNS在这些短的轨道周期，LISA提供，也许，唯一的机会，观察这些系统的特点，我们表明，玩具模型可能形成的情况下留下独特的印记DNS轨道偏心率，这可能是由LISA测量值小至$\sim$ 10 $^{-2}$。
2019-10-29 astro-ph.HE astro-ph.SR
Relativistic MHD simulations of merging and collapsing stars and effects on GRB transient
本文通过相对论磁流体动力学模拟研究恒星并合与坍缩过程，探讨其对伽马射线暴暂现源特性的影响。
2025-12-09 astro-ph.HE
Astrophysics of stellar black holes
2015年9月14日，LIGO干涉仪从两个合并的黑洞（BH）中捕获了引力波（GW）信号，开启了GW天体物理学的时代。到目前为止，已经报告了五个黑洞合并，其中三个涉及大质量黑洞（$\gtrsim{}30$ M $_\odot$）。根据恒星演化模型，这种大质量黑洞可能起源于大质量、相对贫金属的恒星。合并BH双星的形成通道仍然是一个悬而未决的问题：大量的不确定性影响了大质量恒星双星的演化（如共同包层过程）和动力学。这篇评论的目的是讨论有关BH双星的开放性问题，并提出了国家的最先进的知识的天体物理学的BH的非专业人士，在光的第一个LIGO-Virgo检测。
2018-09-24 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Forming merging double compact objects with stable mass transfer
本研究评估了稳定非保守质量转移在形成并合双致密天体（BH、NS、WD）中的潜力，发现各向同性再发射极限下可形成多数GW来源的双黑洞，而L2外流则改变参数空间并提高最终质量比。
2023-09-11 astro-ph.HE astro-ph.SR
AGN Disks Harden the Mass Distribution of Stellar-mass Binary Black Hole Mergers
越来越多的恒星质量的双黑洞合并发现的高级LIGO和高级处女座开始限制二进制的起源和环境。然而，我们仍然缺乏足够准确的二元地层通道建模，以获得强约束，或识别子种群。活动星系核（AGN）吸积盘中的双星合并是一种可能导致不同黑洞性质的形成机制。在这里，我们表明，黑洞的轨道与活动星系核磁盘优先选择较重的黑洞。我们用蒙特卡罗模拟了活动星系核盘的轨道对准，发现活动星系核强化了初始黑洞质量函数。假设初始质量分布为幂律分布$M_{\rm bh}^{-β}$，我们发现幂律指数的变化为$Δβ\sim1.3$，导致合并黑洞的数量变得头重脚轻。这种变化与活动星系核中心的超大质量黑洞的质量和吸积速率无关。我们的模拟预测活动星系核协助的合并率为$\sim4$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$。活动星系核通道的硬化质量谱可能是探测到$10-50$ %引力波的原因。
2019-04-08 astro-ph.HE
On the possible electromagnetic manifestations of merging black holes
我们考虑两个恒星质量的黑洞被一个吸积盘包围并合的情形。由于引力波的发射，中心物体的质量减少，吸积盘受到扰动。计算表明，这种扰动的主要后果是形成从圆盘中心传播到其外围的冲击波。在假设闪光在光度恢复到初始值时终止的情况下，计算了光变曲线并估计了闪光持续时间。结果表明，如果合并双星的总质量为55 M sol（如事件GW 170814），由激波产生的闪光将使盘的热光度增加4- 6个数量级，最高可达10^{45} erg/s（绝对星等-23.8 ^m）。考虑到距源的距离（540 Mpc）和对吸积盘参数的合理假设，在光谱通量密度最大值时，闪光的视星等应为12.8 ~ 14.2 μ m，闪光持续时间为几分钟。冲击辐射通量的主要部分是在X射线和伽马射线范围内发射的。在XMM-牛顿天文台的EPIC仪器或Spectrum-RG天文台的eROSITA望远镜的光谱波段（0.3- 10 keV），光度将增加3- 4个数量级，达到10^{44} erg/s，对应的视星等约为17 ^m。在INTEGRAL天文台IBIS仪器的观测波段（20 keV - 10 MeV），亮度最大，为10^{44} - 10^{45} erg/s，相当于在波长约为100 keV时每平方厘米10^{-4}光子/s/keV的表观通量。从远紫外线到更长的波长，增亮几乎不存在。
2018-10-10 astro-ph.HE astro-ph.SR
Black hole mergers from quadruples
随着LIGO/Virgo、LISA和其他仪器在未来几年内预计将探测到数百个合并的二进制黑洞（BH）信号，对导致致密天体二进制形成的天体物理通道进行建模已变得至关重要。本文利用高精度的直接$N$ -体模拟方法，对由两个双星组成的四重黑洞进行了系统的统计研究，其中包含了2.5PN阶的后牛顿（PN）项。我们发现，大多数合并系统具有高的初始倾角和分布峰值在$\sim 90^\circ$的三倍，但具有更突出的广泛的分布尾巴。我们发现，BH合并通过这个通道有一个显着的偏心率在LIGO波段，通常远大于BH合并孤立的二进制文件，并在二进制文件从星团中喷出，但可比合并二进制文件通过GW捕获的情况下形成的集群，合并在层次三重，或BH二进制文件轨道中等质量的黑洞在星团。我们发现，合并分数可以高达$\sim 3$ - $4\times$更高的四倍比三倍。因此，即使四元组的数量是$20\%$ --三元组数量的$25\%$，四元组场景也可以代表对LIGO/VIRGO观测到的事件的重要贡献。
2019-05-13 astro-ph.GA astro-ph.HE
Merging Black Holes in the Low-mass and High-mass Gaps from 2+2 Quadruple Systems
LIGO-Virgo观测到的黑洞（BH）双星合并的起源仍然不确定，恒星BH质量函数的边界也是如此。恒星演化模型预测，质量为$\gtrsim 50$ M $_\odot$和$\lesssim 5$ M $_\odot$的黑洞都很缺乏，因此在黑洞质量函数中留下了低质量和高质量的间隙。形成这些质量的黑洞的一种自然方式是通过中子星（NS;对于低质量间隙）或低质量黑洞（对于高质量间隙）的合并;作为合并产物产生的低或高质量间隙黑洞如果再次与新的伴星合并，则可以被LIGO-Virgo检测到。我们发现，2+2四重系统的演化可以自然地导致BH合并的组件质量在低或高质量的差距。在我们的方案中，质量间隙中的BH源自两个NS或两个BH的合并，在两个双星中的一个中，合并产物被赋予反冲反冲（来自各向异性引力波发射），这触发了它与四重系统的另一个双星组件的相互作用。这种三体相互作用的结果通常是一个新的偏心致密双星，其中包含质量间隙中的BH，然后可以再次合并。低质量间隙和高质量间隙中BH的合并率分别为$\sim 10^{-7} - 10^{-2}$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$和$\sim 10^{-3} - 10^{-2}$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$。随着引力波探测器灵敏度的提高，恒星BH质量函数将很快受到更严格的约束。
2020-05-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Effect of Star--Disk Interactions on Highly Eccentric Stellar Orbits in Active Galactic Nuclei: A Disk Loss Cone and Implications for Stellar Tidal Disruption Events
银河系中心的黑洞似乎几乎到处都被密集的星团包围着。当这些黑洞经历一个活跃的吸积阶段时，吸积盘、星团和黑洞系统的多种成分同时存在。我们分析了阻力对高偏心恒星轨道的影响，恒星刺穿通过磁盘平面。圆盘交叉耗散轨道能量，将偏心恒星吸引到更圆的轨道上。对于高表面密度的圆盘，例如那些在爱丁顿质量吸积极限附近吸积的黑洞周围发现的圆盘，这种能量耗散的幅度可能大于恒星通过两体弛豫接收的平均散射。其中一个含义是存在一个磁盘的“损失锥”的高度偏心的恒星轨道，从磁盘相互作用的耗散超过通过两个身体松弛散射。近爱丁顿黑洞吸积率的盘损失锥大于潮汐破裂损失锥。当恒星轨道被圆化，恒星可能被它们与盘的高速撞击烧蚀时，盘损失锥内的恒星轨道从整个星团中消失。然而，我们发现，磁盘损失锥的存在下，有一个最小的影响恒星潮汐中断的整体速度。恒星仍然有效地从更遥远的恒星轨道被送入黑洞，这些恒星轨道接收到足够大的每轨道散射，从而跳过圆盘损失锥，最终被潮汐扰乱。
2020-01-15 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
