Common Envelope Wind Tunnel: The Effects of Binary Mass Ratio and Implications for the Accretion-Driven Growth of LIGO Binary Black Holes
我们提出了三维局部流体动力学模拟周围的物体嵌入恒星信封使用“风洞”的形式主义。我们的模拟模型的共同包络动力学inspiral阶段在双星系统的无量纲流动特性。我们提出了一套模拟研究的影响，不同的二进制质量比，恒星结构，状态方程，相对马赫数的对象的运动通过气体，和密度梯度的引力聚焦规模。对于每个模型，我们测量嵌入物体所经历的吸积和阻力系数。这些系数在共同包层的动力学螺旋阶段调节物体质量和轨道收紧的耦合演化。我们将我们的模拟结果外推到与LIGO黑洞人口质量相当的吸积黑洞。我们证明，这些黑洞每单位轨道收紧所产生的质量和自旋与吸积与阻力系数之比直接相关。因此，我们推断，在一个典型的例子场景中，初始非旋转黑洞的质量和无量纲自旋分别改变了$1\%$和0.05的数量级。我们的预测，质量和自旋的黑洞保持基本不变的一个共同的信封阶段艾滋病的解释不断增长的人口观测合并的二进制黑洞的属性。即使这些黑洞在组装过程中经历了一个共同的包络相，先前进化时期赋予的质量和自旋特征也应该保留下来。
2019-10-29 astro-ph.HE astro-ph.SR
Binary Black Hole Formation with Detailed Modeling: Stable Mass Transfer Leads to Lower Merger Rates
快速二进制总体合成代码经常被用来研究紧凑对象二进制的演化。它们通常依赖于单星进化轨迹的分析拟合和进化交互阶段的参数化模型（例如，热时标上的质量传递、动力学不稳定性的确定以及共同包络），这些对于预测双星的命运至关重要。这些过程可以更仔细地在恒星结构和演化代码，如MESA。为了评估这种改进的影响，我们比较二进制黑洞合并模型中预测的快速二进制人口合成代码COSMIC模型运行MESA模拟通过质量转移和共同的包络处理。我们发现，结果显着不同的形成路径，轨道周期和合并的双黑洞的质量比，因此合并率。虽然共同的包络演变是占主导地位的COSMIC形成通道，稳定的质量传递占主导地位，在我们的MESA模型。根据黑洞施主质量，质量转移和共同的包络物理，在太阳金属丰度COSMIC过剩的二进制黑洞合并的数量的2- 35倍，其中有相当一部分合并时间的数量级短于使用详细的MESA模型时形成的二进制黑洞。因此，我们发现某些由孤立双星快速布居合成得到的双星黑洞合并率的预测值可能被高估了~5--500倍。我们的结论是引力波观测的解释需要使用这些相互作用的二元阶段的详细治疗。
2021-11-05 astro-ph.HE astro-ph.SR
Peculiar objects in the birthplaces of radio pulsars -- stellar-mass black hole candidates
我们进行搜索的空间区域中的恒星质量的黑洞候选人增加其发生的概率，孤立的基础上的紧凑的对象起源于破坏双星的进化方案。我们利用可用的光谱或光度数据以及测量的自行和距离来分析位于这些区域的源。九个物体表现出与孤立黑洞的理论预测相对应的特征，被标记为进一步研究的黑洞候选者。
2023-01-18 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
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
Binary Systems with a Black Hole Component as Sources of Gravitational Waves
LIGO团队（Abbott et al. 2016）对引力波的发现为黑洞系统的观测带来了新的时代。这些新的观测将提高我们对黑洞和引力物理学的认识。在这项研究中，我们提出的角动量损失机制，通过引力辐射的X射线双星系统。对每一个选定的X射线双星系统，估计了伴随黑洞的X射线双星系统由于引力辐射引起的角动量损失和质量损失的时间尺度。此外，还估算了它们的引力波振幅，讨论了它们在引力波探测器上的探测能力。
2016-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Merging stellar-mass binary black holes
LIGO和Virgo探测器直接观测到了恒星质量黑洞对合并产生的引力波，以及少量涉及中子星的合并。这些观测结果带来了希望，紧凑的物体合并可以作为恒星和双星演化的探测器，也许还有恒星动力学。这篇研讨会风格的文章总结了现有的观测结果，描述了合并恒星质量黑洞双星的形成通道的理论预测以及它们的速率和可观测性质，并提出了引力波天文学的一些前景。
2022-01-19 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Binary black hole mergers: formation and populations
我们回顾了导致恒星双星黑洞（BBH）形成和合并的主要物理过程。BBH可以从大质量双星的孤立演化中形成。核心坍缩超新星的物理过程和共同包层的过程是这一形成通道不确定性的两个主要来源。或者，两个黑洞可以通过在密集星团中的动力学相遇形成双星。动力学形成通道在BBH的质量、自旋和轨道性质上留下了几个印记。
2021-05-26 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Binary Black Hole Merger Rates Inferred from Luminosity Function of Ultra-Luminous X-ray Sources
高级激光干涉引力波天文台（aLIGO）探测到了来自GW 150914的引力波（GW）直接信号。该事件是质量为$36^{+5}_{-4}M_{\odot}$和$29^{+4}_{-4}M_{\odot}$的双黑洞合并。这类双星系统可能是由恒星双星系统直接演化而来，也可能是由稠密恒星环境中的黑洞动力学相互作用形成的。在这里，我们推导出的双黑洞合并率的基础上附近的超亮X射线源（ULX）的光度函数（LF）的假设下，双黑洞通过X射线发射阶段的演变。我们得到了双黑洞的合并速率为$5.8 ({t}_{\rm ULX}/{0.1 \ \rm Myr})^{-1} λ^{-0.6} \exp{(-0.30λ)} \ {\rm Gpc^{-3}\ yr^{-1}}$，其中$t_{\rm ULX}$是ULX相的典型持续时间，$λ$是爱丁顿光度比.这与从GW150914的检测推断的事件率以及基于二进制群体合成模型的预测一致。虽然由于我们的模型和测量的双黑洞合并事件率的不确定性，我们目前无法限制ULX的爱丁顿比，但进一步的X射线和GW数据将使我们能够缩小ULX的爱丁顿比的范围。我们还发现从ULX LF推断的$5M_\odot\le M_{\rm BH}\le100M_\odot$质量范围的累积合并率与aLIGO合作考虑各种天体物理条件（如黑洞的质量函数）估计的结果一致。
2016-07-06 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
The Low Effective Spin of Binary Black Holes and Implications for Individual Gravitational-Wave Events
虽然先进的LIGO和Virgo引力波实验现在定期观察到双黑洞合并，但这些事件的进化起源仍然是一个谜。对双星黑洞自旋分布的分析可能会揭示这个谜团，提供一种区分不同双星形成通道的方法。使用先进的LIGO和处女座的第一次和第二次观测运行的数据，在这里，我们试图仔细地描述有效自旋的分布之间的二元黑洞，分层测量分布的平均$μ$和方差$σ^2$，同时考虑自旋和其他黑洞参数之间的选择效应和简并。我们证明，已知的人口的二元黑洞的自旋都很小，$μ\sim 0$，非常狭窄的分布，$σ^2 \leq 0.07$在95%的可信度。然后，我们探讨这些合奏属性意味着个别的二进制黑洞合并的自旋，重新分析现有的引力波事件与人口知情之前，他们的有效自旋。二元黑洞GW 170729，以前排除有效自旋等于零，现在符合零有效自旋在~10%的可信度。更广泛地说，我们发现，无信息的自旋先验一般产生高估的有效自旋幅度紧凑的二元合并。
2020-03-09 astro-ph.HE
Dynamical Formation of the GW150914 Binary Black Hole
我们探讨的可能性，GW 150914，二元黑洞合并最近发现的先进LIGO，是由一个密集的星团的核心引力相互作用。使用模型的球状星团与详细的$N$体动力学和恒星演化，我们表明，一个典型的集群与质量的$3\times10^5M_{\odot}$，以$6\times10^5M_{\odot}$是最佳的形成GW 150914的二元黑洞，将合并在当地的宇宙。我们确定了最有可能的动力学过程，形成GW150914在这样的集群，我们发现，GW150914的检测是一致的质量和合并率预期的二进制黑洞合并从球状星团。我们的研究结果表明，动力学过程提供了一个重要的和充分理解的途径，形成双黑洞合并在本地宇宙。理解动力学对双黑洞合并问题的贡献是释放引力波天文学全部潜力的关键一步。
2016-05-23 astro-ph.HE
Decoding the final state in binary black hole mergers
我们证明，在二元黑洞合并有一个直接的相关性之间的引力波的频率在峰值振幅和质量和自旋的最终黑洞。这种相关性可能有助于分析双黑洞合并的引力波观测。
2014-07-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
LISA Detection of Binary Black Holes in the Milky Way Galaxy
利用LIGO的黑洞合并率，我们计算了银河系中紧束缚双黑洞的丰度。具有小半长轴的双星（$\lesssim 10 R_\odot$）通过传统的形成机制起源于较大的分离，并作为引力波发射的结果而演化。我们发现LISA可以在银河系中探测到它们。我们还确定了可能的X射线签名，这样的二进制文件。
2017-04-28 astro-ph.HE
Revisiting non-linearity in binary black hole mergers
最近，它已被证明，包括泛音，合并后的引力波形在无穷远的一个二元黑洞系统是很好的建模使用纯线性理论。然而，考虑到一个二元黑洞合并被认为是高度非线性的，这些非线性，这并没有使它无限大，去了哪里？为了开始回答这个问题，我们可视化测量非线性的数值相对论二进制黑洞合并的强场区域的数量。
2020-04-01 astro-ph.HE gr-qc
Biases in estimates of black hole kicks from the spin distribution of binary black holes
LIGO和Virgo引力波天文台现已观测到超过50个二元黑洞合并。虽然中子星在超新星诞生时被赋予了很大的速度，但黑洞是否会受到类似的撞击，以及多大的撞击，仍然是一个悬而未决的问题。最近，Callister等人（2021）在假设它们都是通过孤立的双星演化形成的前提下分析了双星黑洞群，并声称合并的双星黑洞的自旋分布需要大的黑洞反冲（在99%的置信度下大于260 km/s）才能与观测结果相匹配。在这里，我们强调Callister等人（2021）提出的一个关键假设-所有次级黑洞都可以潮汐旋转-并不是由物理模型驱动的，并且可能导致他们对黑洞撞击幅度的估计存在偏差。我们只对Callister et al.（2021）模型进行了微小的修改，考虑了潮汐同步无效的更广泛的合并双星。我们表明，这自然会产生一个双峰自旋分布的二级黑洞，并在二进制黑洞人口中观察到的自旋轨道错位可以解释为更典型的黑洞踢的顺序100公里/秒，踢推断银河X射线双星包含黑洞一致。我们的结论是，大多数的二进制黑洞人口是一致的形成通过孤立的二进制演化。
2022-02-08 astro-ph.HE gr-qc
Supermassive Black Hole Binary Candidates from the Pan-STARRS1 Medium Deep Survey
我们提出了一个系统的搜索周期性变化的类星体和超大质量黑洞二进制（SMBHB）的候选人在泛星1中深调查。从$\sim9,000$颜色选择类星体在一个$\sim50$度$^{2}$的天空区域，我们最初确定$26$候选人超过$1.5$周期的变化。我们通过探索频道望远镜和拉斯坎布雷斯天文台网络的成像活动扩展了观测基线，并使用更严格的极大似然方法重新评估候选人。使用一系列的统计标准，并假设正常类星体的变化阻尼随机游走模型，我们确定了一个统计上显着的周期性候选人。我们还研究了大型综合巡天望远镜探测SMBHB的能力，使用我们的研究与MDS作为基准，并探索任何互补的，多波长的证据SMBHB在我们的样本。
2019-09-25 astro-ph.HE
Black hole binary OJ287 as a testing platform for general relativity
Blazar OJ 287是最有希望的（也是唯一的）河外双星黑洞系统在引力辐射反应作用下发生螺旋运动的例子。目前，虽然不可能直接观测到双星的组成部分，但可以观测到从主黑洞发出的喷流。我们认为次级黑洞的轨道运动反映在喷流的摆动中，并证明这种摆动与轨道位置有关。Agudo等人（2012）报告的喷流的不稳定摆动通过考虑系统的二元性质进行了分析，我们发现喷流摆动的不稳定分量非常小。
2012-08-22 astro-ph.HE
Measuring eccentricity in binary black hole inspirals with gravitational waves
当双黑洞在磁场中形成时，可以预期它们的轨道在合并之前通常是圆形的。在星系核和球状星团中，二元黑洞可以动态地形成。最近的研究结果表明，球状星团中的合并$\approx5\%$是三体相互作用的结果。当这些三体相互作用以10 Hz的引力波频率进入高级LIGO波段时，预计会引起显著的轨道偏心率$\gtrsim 0.1$。因此，测量二元黑洞偏心率提供了一种手段，用于确定动态形成是否是产生二元黑洞合并的主要渠道。我们提出了一个框架进行贝叶斯参数估计的引力波观测的黑洞螺旋。使用这个框架，并采用非旋转，inspiral-only EccentricFD波形近似，我们确定的最小可检测的偏心距的事件与质量和距离类似GW 150914。在设计灵敏度，我们发现，目前这一代先进的天文台将是敏感的轨道偏心率的$\gtrsim0.05$在10赫兹的引力波频率，表明现有的探测器可以使用偏心率来区分圆场双星和球状星团三倍。我们比较这一结果的偏心率分布预测，导致从三个黑洞二进制形成通道，表明偏心率的测量可以用来推断人口的二元黑洞的属性。
2018-11-01 astro-ph.HE
Orbital evolution of binary black holes in active galactic nucleus disks: a disk channel for binary black hole mergers?
我们对嵌入在活动星系核（AGN）吸积盘中的等质量双星黑洞（BBH）进行了一系列高分辨率的二维流体动力学模拟，以研究这些双星是否能被周围的气体驱动而合并.我们发现，引力软化采用的BBH有一个深刻的影响，这一结果。当软化是小于百分之十的二进制分离，我们表明，在最近的模拟孤立的等质量的二进制协议，BBH扩展的时间，而不是合同。然而，最终，双星分离变得足够大，以至于中心活动星系核的潮汐力将它们破坏。只有当软化相对较大时，我们才发现无定形BBHs变硬。我们确定通过详细的分析的二进制扭矩，这种二分法是由于损失的螺旋结构的circum-single磁盘绕每个BH时，软化是一个显着的分数的二进制分离。正确地解决这些螺旋-既有高分辨率和小软化-结果在一个重要的来源，二进制角动量。只有逆行BBHs我们发现一致的硬化，无论软化，因为这些BBHs缺乏重要的螺旋结构，在其circum-single磁盘。这表明，气体驱动的逆行双星的inspiral可以产生人口的紧凑BBH的引力波发射制度在AGN磁盘，这可能有助于观察到的BBH合并的很大一部分。
2021-03-08 astro-ph.HE
Testing the binary hypothesis: pulsar timing constraints on supermassive black hole binary candidates
时域天文学的出现正在彻底改变我们对宇宙的理解。卡塔利娜实时瞬态调查（CRTS）或帕洛玛瞬态工厂（PTF）等项目调查了数百万个对象数年，允许对大型统计样本进行变异性研究。在CRTS中对$\approx$ 250 k类星体的检查产生了111个潜在周期源的目录，提出了超大质量黑洞双星（SMBHB）候选者。对PTF数据的类似研究从$\approx$ 35 k类星体的样本中产生了33个候选者。在SMBHB假设下工作，我们计算隐含的SMBHB合并率，并用它来构建预期的引力波背景（GWB）在纳赫兹频率，探测脉冲星定时阵列（PTA）。校正后的不完整性，并假设维里质量估计，我们发现，GWB暗示的CRTS样品超过目前最严格的PTA上限几乎一个数量级。在进一步校正维里质量测量中的隐式偏差后，隐式GWB显著下降，但仍与最严格的PTA上限保持紧张关系。PTF样品的结果相似。贝叶斯模型选择表明，CRTS和PTF样本的零假设（候选样本为假阳性）优于分别约为$2.3σ$和$3.6σ$的二元假设。虽然不是决定性的，但我们的分析强调了PTA作为单个SMBHB候选者的天体物理探针的潜力，并表明CRTS和PTF样品可能受到几个假阳性的污染。
2017-12-16 astro-ph.HE
Alignment of supermassive black hole binary orbits and spins
最近对超大质量黑洞双星吸积的研究表明，大多数，也许是大多数，物质最终会吸积到一个或另一个黑洞上。如果是这样的话，那么对于那些通过与外部气体的相互作用而使螺旋从~1 pc上升到0.001 - 0.01 pc的双星，双星轨道轴和单个黑洞自旋都可以通过与这种气体的角动量交换而重新定向。这里我们证明，除非双星的质量比远不是1，否则单个空穴的自旋在比双星轨道轴与进入的环双星气体的角动量方向对齐短几倍到100倍的时间内与双星轨道轴对齐;次级的自旋比初级的自旋对齐快~（m_1/m_2）^{1/2}>1。因此，双星就像一个稳定剂，所以对于气体驱动的系统，黑洞的自旋很可能彼此对齐（或者如果逆行吸积是常见的话，则是反向对齐），并与双星的轨道轴对齐。这种对齐可以显著降低随后的黑洞合并所导致的反冲速度。
2013-07-24 astro-ph.HE
Deeper, Wider, Sharper: Next-Generation Ground-Based Gravitational-Wave Observations of Binary Black Holes
下一代观测将彻底改变我们对双黑洞的理解，并将探测新的来源，如中等质量的黑洞。主要科学目标包括：在整个可观测宇宙中发现双黑洞;揭示黑洞的基本性质;揭开超大质量黑洞的种子。
2019-03-21 astro-ph.HE gr-qc
Numerical Test and Analysis of the 2nd Law of Black Hole Thermodynamics with Gravitational-Wave Data from Binary Black Hole Merger Events
利用引力波探测双星系统中的黑洞合并，为检验黑洞热力学第二定律提供了极好的机会。在本文中，我们回顾了如何计算任何天体物理黑洞的熵，我们使用LIGO和VIRGO的质量和自旋数据测量的黑洞合并事件在过去几年中检测到的熵计算和数值测试的广义热力学第二定律。此外，我们还分析了黑洞并合事件初始参数之间的数学关系，证明并得出了定理始终成立的结论。
2022-09-21 astro-ph.HE gr-qc
Progenitors of binary black hole mergers detected by LIGO
简要讨论了在LIGO O1科学运行期间探测到的大质量近距离双星黑洞的可能形成机制，这些黑洞可以在哈勃时间合并产生强大的引力波爆发。这些途径包括从低金属丰度大质量双星演化、球状星团的动力学形成和原始黑洞。讨论了LIGO GW 150914和LTV 151012事件的低有效黑洞自旋。人口合成计算的预期自旋和啁啾质量分布的标准场大规模的二进制形成通道不同的金属丰度（从零金属人口III星太阳金属丰度）。我们的结论是，合并的双黑洞可以包含来自不同的形成渠道，歧视之间的质量和自旋测量正在进行的和未来的引力波观测统计数据的增加，可以作出。
2017-02-26 astro-ph.HE
Spins of primordial binary black holes before coalescence
原始恒星质量的黑洞，可能有助于暗物质和观察到的LIGO双星黑洞合并，预计出生时具有非常低的自旋。在这里，我们表明，吸积质量增益的原始黑洞二进制组件从周围的物质可能会导致显着的自旋的组件之前，提供高的初始轨道偏心率的合并。
2019-06-14 astro-ph.HE hep-ph
Evolution of circumbinary accretion disk around supermassive binary black hole: post-Newtonian hydrodynamics versus Newtonian hydrodynamics
利用FARGO3D非相对论流体动力学模拟研究了等质量超大质量双星黑洞周围吸积盘的演化。与以往的牛顿流体力学研究相比，本文采用了基于近区度规的后牛顿流体力学。在对比的牛顿调查，我们发现，有一个显着的差异，在后牛顿制度，形成的间隙周围的二进制吸积盘周围的二进制具有相同的质量是更广泛的后牛顿流体动力学比与牛顿流体动力学，是独立的磁盘粘度给定的流体动力学模拟运行约相同的因素倍的粘性时间尺度与不同的粘度。这可能会出现独特的可观察到的签名，在这样的双盘系统的连续辐射。
2021-11-03 astro-ph.HE
VLBA discovery of a resolved source in the candidate black hole X-ray binary AT2019wey
AT2019wey是一个银河系低质量X射线双星，其候选黑洞吸积体于2019年12月首次被ATLAS发现为光学瞬变。随后，它与SRG于2020年3月发现的一个X射线源有关。在2020年8月观察到X射线的增亮后，VLA对该源的观测显示，随着该源继续在无线电中增亮，光谱变得光学薄，随后转变为光学厚。这激发了对VLBA来源的观察。我们发现了一个解析的源，我们解释为一个稳定的紧凑的喷流，一个功能与黑洞X射线二元系统的硬X射线光谱状态。喷流的能量与吸积盘的X射线亮度相当。在这里，我们总结了这些观察的结果。
2021-03-16 astro-ph.HE
Disc accretion onto a binary black hole in a hierarchical triple system as an origin of the most luminous hyper-soft sources
Sternberg Astronomical Institute（施特恩贝格天文研究所）；Max-Planck-Institut für Radioastronomie（马克斯·普朗克射电天文研究所）
研究通过双黑洞在分层三体系统中的吸积过程，解释最明亮的超软X射线源的成因。
2026-03-09 astro-ph.HE
A Near Horizon Extreme Binary Black Hole Geometry
本文提出了四维真空广义相对论的一种新的解。它描述了极端（最大自旋）双黑洞系统的近视界区域，其中两个完全相同的极端Kerr黑洞被一个无质量支柱保持平衡。这是第一个例子，一个非超对称的，渐近平坦的近地平线极端二元黑洞几何的两个不带电的黑洞。这些黑洞是同向旋转的，并且解是由质量唯一指定的。二元极端系统具有有限熵。黑洞之间的距离是固定的，但在物体坍缩成一个的地方有一个零距离限制。这种极限几何对应于近视界极端克尔（NHEK）黑洞。
2018-04-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Suppression of the accretion rate in thin discs around binary black holes
我们提出了三维光滑粒子流体动力学（SPH）模拟调查的吸积率对磁盘厚度的依赖关系，在一个等质量，圆形黑洞二元系统。我们发现，对于厚/热盘，与$H/R\gtrsim 0.1$，二进制扭矩并不能防止气体穿透在光盘中形成的腔的二进制（与以前的调查）。对于较薄的盘，情况会发生急剧变化，在这种情况下，质量吸积速率被抑制，使得只有一小部分（线性依赖于$H/R$）可用气体能够在空腔内流动并吸积到双星上。将这一结果外推到超大质量黑洞双星系统周围预期的冷而薄的吸积盘，意味着这类系统吸积的物质比迄今为止预测的要少，不仅对螺旋后期的电磁波和引力波发射产生影响，而且对双星合并后形成的黑洞的反冲速度也产生影响，因此也影响了双星和宿主星系的演化路径。我们的结果，是无标度的，也适用于等质量，圆形双星恒星质量的黑洞，如最近发现的引力波源GW 150914的祖先。
2016-05-05 astro-ph.HE
Interaction of eccentric supermassive binary black hole with intermediate mass ratio and circumbinary accretion disk
本研究通过FARGO3D模拟，定量分析了中等质量比偏心超大质量双黑洞与环双星吸积盘的引力相互作用，发现吸积率受次级黑洞影响并呈现周期性，可作为引力波电磁对应体。
2023-12-24 astro-ph.HE
Constraints on the contributions to the observed binary black hole population from individual evolutionary pathways in isolated binary evolution
合并双星黑洞产生的引力波可以用来阐明大质量双星恒星演化中人们知之甚少的方面，例如大质量恒星的演化（包括它们的质量损失率），共同的包络相，以及大质量恒星在整个宇宙历史中形成的速率。在本文中，我们探讨的\emph{correlated}的影响，这些阶段的合并率和啁啾质量分布的合并双黑洞的预测，旨在确定可能的模型参数之间的退化。在我们的许多模型中，很大一部分（超过70%的可检测的双黑洞）来自化学均匀演化的情况下，这些模型往往过度预测双黑洞合并率和生产系统的平均质量太大。我们的首选模型有利于增强质量损失率的氦丰富的沃尔夫-拉叶星，在紧张局势与最近的理论和观测的发展。我们确定沃尔夫-拉叶星的质量损失率和宇宙的金属丰度演化的速度和合并的二元黑洞的属性的影响之间的相关性。基于观测到的质量分布，我们认为啁啾质量大于$40$ M $_\odot$（我们的模型预测的最大值）的双星黑洞的$\sim 10\%$不太可能通过孤立的双星演化形成，这意味着来自其他形成通道（如致密星团或活动星系核）的显著贡献（> 10%）。我们的模型将使推理的不确定参数在不久的将来二进制进化。
2022-10-10 astro-ph.HE gr-qc
Hierarchical analysis of gravitational-wave measurements of binary black hole spin-orbit misalignments
双黑洞的形成既可能是通过孤立的双演化，也可能是通过致密恒星环境中的动力学相互作用。形成通道在黑洞自旋和轨道角动量之间的对齐上留下了印记。来自这些系统的引力波直接编码了关于自旋-轨道失准角的信息，使它们受到（弱）约束。识别旋转双星黑洞的子种群将为我们提供关于致密双星形成和演化的信息。我们模拟了一个混合人口的二进制黑洞与自旋轨道失调建模下的一系列假设。然后，我们开发了一个层次分析，并将其应用到模拟这些人口的引力波观测。假设人口与无量纲自旋幅度$χ= 0.7$，我们表明，数十个观测将有可能区分的子群体的合并二进制黑洞的基础上，他们的自旋方向的存在。通过$100$观测，将有可能推断出具有各向同性自旋方向（对应于我们模型中的动态形成）的合并二元黑洞的相对分数，分数不确定性为$\sim 40\%$。与此同时，只有$\sim 5$观测足以区分极端模型-所有的二元黑洞要么具有精确对齐的自旋，要么具有各向同性的自旋方向。
2017-09-12 astro-ph.HE gr-qc
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
Binary Black Hole in a Double Magnetic Monopole Field
环境磁场被认为在黑洞喷流的形成中起着至关重要的作用。此外，在双黑洞系统的螺旋和合并过程中，可能会产生双重电磁信号。然而，由于理论模型的缺乏，具有双喷流的双黑洞阵列的物理状态一直没有得到解决。本文导出了静态轴对称双黑洞系统置于两个磁单极子或电单极子场中时所产生的电磁场的精确解。作为这一推导的副产品，我们还发现了在磁或电偶极子场的二元黑洞配置的精确解。静态黑洞双星中圆锥奇点的存在代表了黑洞之间的引力吸引，同时也拖曳着外部的两个引力场。我们表明，这些不平衡的配置产生没有能量外流。
2017-06-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Signatures of mass ratio reversal in gravitational waves from merging binary black holes
合并的双黑洞的自旋提供了对它们形成历史的见解。最近有人认为，在两颗大质量恒星的孤立双星演化中，第一个出生的黑洞是缓慢旋转的，而如果双星足够紧密，第二个出生的黑洞的祖先可以潮汐地旋转。因此，人们可能会天真地认为，只有合并双星中质量较小的黑洞才会表现出不可忽略的自旋。然而，如果双星的质量比被“反转”（通常是在第一次质量转移期间），潮汐旋转的第二个出生的黑洞就有可能成为质量更大的黑洞。我们研究的性质，这种质量比反转（MRR）的二元黑洞合并使用一个大的560人口综合模型。我们发现，更大质量的黑洞形成第二次在$\gtrsim 70\%$的二元黑洞观测LIGO，处女座，和KAGRA的大多数模型的变化，我们认为，与典型的总质量$\gtrsim 20$ M $_{\odot}$和质量比$q = m_2 / m_1 \sim 0.7$（其中$m_1 > m_2$）。这些系统的形成历史通常只涉及稳定的传质事件。第二个出生的黑洞具有不可忽略的自旋（$χ> 0.05$），在高达$25\%$的二元黑洞中，其中质量较大（较小）的黑洞在$0\%$ - $80\%$（$20\%$ - $100\%$）的情况下旋转，在我们的模型中变化很大。我们讨论了我们的模型的背景下，几个观察到的引力波事件和观察到的质量比有效自旋相关。
2022-05-03 astro-ph.HE gr-qc
A code to compute the emission of thin accretion disks in non-Kerr space-times and test the nature of black hole candidates
天体物理学上的黑洞候选者被认为是广义相对论预测的克尔黑洞，但这些物体的实际性质仍有待证明。对候选黑洞周围几何薄而光学厚的吸积盘所发射的电磁辐射进行分析，可以提供关于致密物体周围时空几何的信息，从而可以检验克尔黑洞假说。在本文中，我提出了一个基于光线追迹方法的代码，能够计算薄吸积盘的时空偏离克尔背景的一些基本性质。该程序可用于拟合当前和未来恒星质量黑洞候选者的X射线数据，并约束自旋参数-形变参数平面中可能偏离克尔几何的情况。
2012-11-25 astro-ph.HE gr-qc
Observing Eccentricity Oscillations of Binary Black Holes in LISA
来自双星系统附近的第三个天体的潮汐力可以在双星的偏心率中引入长期振荡，称为Kozai-Lidov振荡。我们证明了恒星质量黑洞双星的Kozai-Lidov振荡具有被LISA观测到的潜力。对这类双星的探测将有助于深入了解双星的形成通道，并为直接观测Kozai-Lidov振荡提供重要的基准。
2019-02-22 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Identifying the hosts of binary black hole and neutron star-black hole mergers with next-generation gravitational-wave detectors
本研究利用下一代引力波探测器模拟双黑洞及中子星-黑洞并合，发现部分事件可精确定位至唯一宿主星系，三年观测将能区分宿主追踪恒星质量还是恒星形成率，从而限制双黑洞形成渠道。
2024-02-15 astro-ph.HE gr-qc
Binary black holes in nuclei of extragalactic radio sources
如果我们假设河外射电源的核中含有双黑洞系统，那么这两个黑洞都可以喷射出VLBI分量，在这种情况下，将观测到两个不同VLBI轨迹族。双黑洞系统的另一个重要结果是VLBI核心与一个黑洞相关联，如果VLBI分量被第二个黑洞喷出，人们期望能够检测到由与VLBI核心不相关联的黑洞喷出的VLBI分量的原点偏移。VLBI分量的抛射受到吸积盘的进动和黑洞绕双黑洞系统重心运动的扰动。我们建立了考虑这两种微扰的VLBI组件的弹射模型，并提出了一种拟合VLBI组件坐标和推导二元黑洞系统特征的方法。具体地说，这是比值Tp/Tb，其中Tp是吸积盘的进动周期，Tb是二元黑洞系统的轨道周期，质量比M1/M2和二元黑洞系统的半径Rbin。根据VLBI分量的坐标随时间的变化，估算了模型分量的倾角和体洛伦兹因子γ。我们将该方法应用于1823+568的组分S1和3C 279的组分C5。
2013-07-14 astro-ph.CO astro-ph.HE
Testing the Bardeen metric with the black hole candidate in Cygnus X-1
一般来说，要测试天体物理学上候选的黑洞的克尔性质是非常困难的，因为不可能同时独立测量自旋参数$a_*$和克尔解的可能偏差。非克尔物体可能看起来确实像克尔黑洞，但自旋不同。然而，模拟极端克尔黑洞要困难得多。天鹅座X-1中的候选黑洞具有近极值Kerr黑洞的特征，是检验Kerr黑洞范式的一个很好的对象。文献中报道的在Kerr时空中有效的3个$σ$ -界$a_* > 0.95$和$a_* > 0.983$分别变为$a_* > 0.78$和$|g/M| < 0.41$，以及在Barthummetric中的$a_* > 0.89$和$|g/M| < 0.28$，其中$g$是黑洞的Barthummetric电荷.
2014-01-25 astro-ph.HE gr-qc
Testing the binary black hole nature of a compact binary coalescence
我们提出了一种新的方法来测试的二进制黑洞（BBH）的性质，可检测的引力波（GW）干涉仪的紧凑的双星，从而限制其他外来紧凑对象的参数空间。测试的精神在于黑洞的“无毛”猜想，其中黑洞的所有属性都由黑洞的质量和自旋来表征。该方法依赖于观测测量的四极矩的紧凑的二进制成分诱导由于其自旋。如果致密物体是一个克尔黑洞（BH），它的四极矩只能用它的质量和自旋来表示。否则，四极矩可以取决于附加参数（例如对象的状态方程）。引力波的相位和振幅中的高阶自旋效应，明确地包含了致密天体的自旋诱导四极矩，因此唯一地编码了致密双星的性质。因此，我们认为，一个独立的测量的自旋引起的四极矩的紧凑的双星GW观测可以提供一个独特的方式来区分二进制BH系统的二进制组成的外来紧凑的对象。
2017-09-06 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole - Neutron Star Binary Mergers: The Imprint of Tidal Deformations and Debris
引力波干涉仪灵敏度的提高将带来对双黑洞和双中子星合并的额外探测。它也很可能增加许多黑洞-中子星双星的合并事件。区分高质量比的混合双星和双星黑洞合并可能是具有挑战性的，因为在这种情况下，中子星与黑洞合并而没有经历重大的破坏。为了研究混合二进制合并到那些行为更像二进制黑洞合并的过渡，我们提出了不同的质量比合并模拟的结果。我们展示了中子星的变形和破裂程度如何影响螺旋和合并动力学，最终黑洞的性质，由潮汐碎片的圆形化形成的吸积盘，引力波，以及应变谱和失配。计算结果还表明了将黑洞击穿的Bowen-York初始数据推广到有中子星伴星的双星的初始数据方法的有效性。
2021-09-03 astro-ph.HE gr-qc
Systematic challenges for future gravitational wave measurements of precessing binary black holes
通过与两个紧密双星合并的近似模型的比较，推断了进动合并双星黑洞的性质。在这项工作中，我们发现这两个模型往往不同意时，二进制有适度的大自旋（$a\gtrsim 0.4$）和适度的质量比（$q\gtrsim 2$）。我们证明了这些分歧使用标准的品质因数和参数推断最近检测的二元黑洞。通过与数值相对论的比较，我们确认这些不一致反映了系统误差。我们提供了具体的例子来证明，这些系统误差可以显着影响天体物理学显着的二进制参数的推断。在不久的将来，二元黑洞的参数推断应该用多种模型（包括数值相对论）来进行，并通过在具有类似合成事件的受控环境下进行推断来仔细验证。
2017-09-29 astro-ph.HE gr-qc
The binary black hole explorer: on-the-fly visualizations of precessing binary black holes
Caltech（加州理工学院）
binaryBHexp利用替代模型生成预进动双黑洞的即时可视化，帮助研究者理解复杂系统动态。
2019-04-08 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Avoiding a Cluster Catastrophe: Retention Efficiency and the Binary Black Hole Mass Spectrum
通过引力波识别的双黑洞合并的人口揭示了宇宙中黑洞内在性质的意想不到的特征。一个特别令人惊讶和兴奋的结果是在对不稳定质量间隙$\sim50-120~M_\odot$中可能存在黑洞。稠密的恒星环境可以通过等级合并填充这个质量空间区域，黑洞合并产物的保留效率强烈依赖于宿主环境的逃逸速度。我们使用简单的玩具模型来表示层次合并的情况下，在各种动态环境。我们发现，高逃逸速度$(\gtrsim300~\mathrm{km\,s}^{-1})$的环境中的层次合并有效地保留。如果这样的环境主导了双黑洞合并率，这将导致大量的高质量合并，这可能与当前双黑洞合并目录的经验质谱不相容。模型，有效地产生分层合并，并作出重大贡献，观察人口，因此必须调整，以避免“集群灾难”的过度生产的二元黑洞合并内和以上的对不稳定的质量差距。
2022-08-18 astro-ph.HE gr-qc
Binary black holes gone MAD: Magnetically arrested minidisks around nonspinning black holes
University of Arizona（亚利桑那大学）
研究通过磁流体动力学模拟展示了非自转二黑洞周围磁滞小盘的形成及其作为引力波源的电磁对应体的潜力。
2025-11-29 astro-ph.HE gr-qc
Coalescing primordial binary black holes with log-normal mass spectrum
在早期宇宙中产生的原始黑洞可以构成暗物质的很大一部分，并作为早期星系形成的种子。质量相当于几十个太阳质量的二元原生黑洞可以解释观测到的LIGO/Virgo引力波事件。在这封信中，我们表明，原始的黑洞与对数正态质量谱中心在$M_0\simeq 15-17 M_\odot$同时解释了啁啾质量分布的检测到的LIGO/室女座二进制黑洞和差分啁啾质量分布的合并二进制推断从LIGO/室女座观测。原始黑洞的对数正态质量谱的参数也给出了解释在$z=6-7$观测到的超大质量黑洞的人口所需的$M\gtrsim 10^4 M_\odot$种子的分数。
2021-01-07 astro-ph.HE hep-ph
Eccentric Signatures of Stellar-Mass Binary Black Holes with Circumbinary Disks in LISA
本文结合盘驱动与引力波驱动演化模型，揭示带环双星盘的恒星级双黑洞在LISA频段的可探测偏心率特征及其与质量比的关联。
2024-10-28 astro-ph.HE gr-qc
Testing the nature of the black hole candidate in GRO J1655-40 with the relativistic precession model
准周期振荡（QPO）是恒星质量黑洞候选者的X射线通量的一个共同特征，但它们的确切起源尚不清楚。最近，一些学者指出，GRO J1655-40的数据同时显示了三个很好地符合相对论性岁差模型的QPO。然而，他们发现自旋参数的估计与磁盘的热谱测量不一致。在目前的工作中，我探索的可能性，使用相对论进动模型来测试的黑洞候选人在GRO J1655-40的性质。如果正确理解，QPO可能成为探测黑洞候选者周围时空几何的一个非常强大的工具，特别是如果与其他技术结合使用。如果我们承认GRO J1655-40中的候选黑洞不是Kerr型的，那么相对论性进动模型的测量和盘的热谱的测量可能是一致的。
2014-03-22 astro-ph.HE gr-qc
Testing black hole candidates with electromagnetic radiation
天体物理学上的黑洞候选者被认为是广义相对论中的克尔黑洞，但还没有直接的观测证据表明这些物体周围的时空几何是由克尔解描述的。对围绕这些天体运行的气体或恒星发出的电磁辐射的性质进行研究，可以潜在地检验克尔黑洞假说。在本文中，我回顾了这一研究领域的最新进展，描述了用当前和未来的观测设施测试克尔度规的可能方法，并讨论了当前的限制。
2017-04-06 astro-ph.HE gr-qc
Testing the Kerr-nature of stellar-mass black hole candidates by combining the continuum-fitting method and the power estimate of transient ballistic jets
天体物理学上的黑洞候选者被认为是广义相对论预测的克尔黑洞，因为如果不引入新的物理学，这些物体就无法解释。然而，没有观测证据表明它们周围的时空真的是由克尔解描述的。克尔黑洞假说可以通过扩展连续拟合方法来用现有的X射线数据进行测试，连续拟合方法是天文学家目前用来估计恒星质量黑洞候选者自旋的技术。一般来说，我们不能对克尔几何的可能偏差施加约束，而只能对这些偏差和自旋之间的某种组合施加约束。测量黑洞双星中瞬态喷流的无线电功率可以潜在地打破这种简并性，从而允许测试这些物体的克尔性质。
2012-01-25 astro-ph.HE gr-qc
Has LIGO Detected Primordial Black Hole Dark Matter? -- Tidal Disruption in Binary Black Hole Formation
激光干涉引力波天文台（LIGO）频繁探测到$\sim 30 M_{\odot}$黑洞（BH）的二元合并，重新点燃了研究人员对原始黑洞（PBH）是暗物质（DM）的兴趣。在这项工作中，我们着眼于PBH分布DM与单色质量的$30 M_{\odot}$，并研究了捕获的情况下，二进制的形成，其中致密的中心区域DM晕占主导地位。因此，我们特别关注了超大质量黑洞（SMBH）的潮汐效应。在这样做的过程中，我们发现了一个必要的工具，称为损失区，补充了损失锥的使用。我们发现潮汐效应在影响二元形成方面并不突出，这也不足以解释LIGO事件率估计的总体情况，特别是由于微透镜事件限制了PBH中DM分数的质量从接近统一到更小的顺序。与此同时，早期宇宙双星形成的情景被证明是如此普遍，以至于LIGO信号反过来将PBH分数限制在1%以下。因此，人们应该更加相信替代PBH窗口和其他DM候选人。
2020-07-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
Black Holes LIGO/Virgo Domination and Single-lined Binaries with a Black Hole Candidate Component
在这封信中，我们注意到，在LIGO / Virgo实验中观察到的黑洞探测率与双星中子星探测率之比需要假设大质量恒星“保守”坍缩成黑洞：坍缩恒星的几乎所有质量都在视界之下。这与LIGO/Virgo探测到的大质量黑洞是一致的。另一方面，在坍缩成黑洞的过程中，物质损失很小的假设与单线双星的小偏心率是一致的。同时，解释了在有蓝色恒星的双星系统中，大多数黑洞没有X射线的现象。我们认为，三套LIGO / Virgo的观测和数据的单线双星与候选黑洞组件确认的情况下，大规模的场双星的演变。
2021-01-22 astro-ph.HE hep-th
The Properties of a Black Hole-Neutron Star Merger Candidate
LIGO/Virgo联盟（LVC）发布了一个候选引力波信号S190426 c的初步公告，该信号可能来自黑洞-中子星合并。作为第一个这样的候选系统，它的性质，如质量和自旋是极大的兴趣。虽然LVC政策禁止在初步公告中披露这些属性，但LVC确实发布了该系统属于特定类别的估计概率，例如双中子星，双黑洞和黑洞-中子星。LVC还发布了有关相对信号强度、距离以及喷出物质或残留盘在合并中幸存的概率的信息。在事件的有限概率是在一个以上的类别，如可能发生的黑洞-中子星合并的情况下，它示出了如何估计组件的质量和自旋的黑洞。该技术应用于源S190426 c。
2019-08-09 astro-ph.HE gr-qc
