Ejection of supermassive black holes and implications for merger rates in fuzzy dark matter haloes
由超轻轴子组成的模糊暗物质（FDM）被用来缓解冷暗物质场景中的银河系尺度问题。通过波的叠加产生的FDM波动可以影响浸没在FDM晕中的中心超大质量黑洞（SMBH）的运动。SMBH将经历由FDM波动引起的随机行走，这可能导致其从中心区域射出。这种效应在矮星系中最强，说明了游荡的SMBH和矮球状星系中AGN的低检测率。此外，一个较低的边界上允许的轴子质量推断都人马座$A^*$和较重的SMBH，以避免从银河系中心，$10^{-22}{\rm eV}$或更轻的数量级的轴子质量被排除。更强的限制推断合并星系。我们发现，FDM晕中SMBH合并的事件率和相关的SMBH增长率可以降低至少一个数量级。
2020-09-23 astro-ph.GA
Modelling the accretion and feedback of supermassive black hole binaries in gas-rich galaxy mergers
我们引入了一个新的模型的吸积和反馈的超大质量黑洞（SMBH）的二进制文件的KETJU代码，这使我们能够解决的演变SMBH二进制文件的分离几十个史瓦西半径的富气体星系合并。我们的亚网格二进制吸积模型扩展了广泛使用的Bondi-Hoyle-Lyttleton吸积到二进制阶段，并采用优惠的质量吸积到二次SMBH，这是出于小规模的流体动力学circumbinary光盘模拟的结果。我们使用纯热或纯动力学活动星系核（AGN）反馈进行理想化的富气盘星系合并模拟。我们的双星吸积模型提供了更多的物理动机SMBH质量比，这是计算引力波（GW）引起的反冲速度的关键参数之一。我们模拟的SMBH双星的合并时间尺度在$t_{\rm merge}{\sim} 10$ - $400$ Myr范围内。等质量的星系合并导致最短的合并时间尺度，因为它们经历了最强烈的恒星爆发，随之而来的高恒星密度导致了快速的SMBH合并。与热AGN反馈相比，动力学AGN反馈预测更长的合并时间尺度，并导致更多的核心恒星轮廓，因为它更有效地从星系中心去除气体和淬灭恒星形成。这表明活动星系核反馈的实现在模拟SMBH聚结中起着至关重要的作用。我们的模型将有助于改善模拟SMBH合并在富含气体的星系，即将到来的LISA GW天文台的主要目标。
2023-02-18 astro-ph.GA
Recoiling supermassive black holes in analytical and numerical galaxy potential
在质量为$10^{12} \rm{M_{sun}}$和$10^{11} \rm{M_{sun}}$的星系合并残余物的分析和数值模型中，我们跟踪反冲超大质量黑洞（SMBHs）的轨迹。我们构造了各种合并残留星系，以研究中央SMBH质量和祖星系质量比如何影响反冲SMBH的逃逸速度。我们的研究结果表明，主要合并残留星系的静态分析模型高估了SMBH的逃逸速度。在大的合并过程中，剧烈的弛豫导致星系质量的减小和在大的剩余半径处的较低的势能。这个过程在静态分析势中没有描述，但在我们的数值模型中可以清楚地看到。因此，不断发展的数值模型是一个更现实的描述星系合并SMBH的动力学过程。我们发现，SMBH的逃逸速度的数值主要合并残留星系可以高达25%，低于那些在分析模型。因此，数值模型中的SMBH通常会达到更大的银河系中心距离，并花费更多的时间在星系核之外的束缚轨道上。因此，数值模型预测了更多的空间偏移活动星系核（AGN）。
2019-08-07 astro-ph.GA
Growth of supermassive black holes, galaxy mergers and supermassive binary black holes
星系合并和超大质量双黑洞（SMBBH）的研究是我们理解星系和黑洞在结构形成时期和整个宇宙历史中的组装和（共同）演化的核心。星系合并是主要吸积事件的发生地，它们为类星体提供能量，生长超大质量黑洞，并驱动超大质量黑洞-宿主的标度关系。在它们的中心合并的SMBBH是宇宙中最响亮的引力波（GW）源，并且随后的GW反冲具有各种潜在的天体物理意义，这些意义仍在探索中。未来的GW天文学将为结构形成和星系合并打开一个全新的窗口，包括直接探测合并的SMBBH，高精度测量它们的质量和自旋，以及高红移宇宙中BH形成和演化的限制。
2016-06-21 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Signatures of the Many Supermassive Black Hole Mergers in a Cosmologically Forming Massive Early-Type Galaxy
在这里，我们模型的合并历史的超大质量黑洞（SMBH）人口的宇宙学模拟的后期阶段的$\sim 2 \times 10^{13} M_\odot$星系群。利用正则化积分和KETJU程序，高精度地计算了星系群中数十个SMBH（$M_{\bullet} \gtrsim 7.5\times 10^7 M_\odot$）的引力动力学。11个形成双星和等级三胞胎的SMBH最终通过动力学摩擦，恒星散射和引力波（GW）发射硬化后合并。双星的形成离心率为$e \sim 0.3$ - $0.9$，其中一个系统演化到非常高的离心率$e = 0.998$，并在几十到几百兆年的时间尺度上合并。在模拟过程中，合并引起的GW反冲反冲踢弹出一个SMBH残留从中央宿主星系。这暂时地使星系脱离了$M_{\bullet}$ - $σ_{\star}$的关系，然而由于随后的星系合并，星系又回到了这种关系，这带来了新的SMBH。这显示了一种可能的机制，有助于观察到的$M_{\bullet}$ - $σ_{\star}$关系的分散。最后，我们表明，脉冲星定时阵列和LISA将能够检测部分GW信号的SMBH合并期间发生的$\sim 4\,\mathrm{Gyr}$时间跨度模拟KETJU。
2022-04-11 astro-ph.GA
A calibrated model for N-body dynamical friction acting on supermassive black holes
针对现有宇宙模拟中低质量黑洞动力学摩擦难以准确建模的问题，提出基于KETJU未软化引力模拟校准的摩擦修正方案，补充随机加热修正，可用于下一代共追踪星系与黑洞增长的宇宙流体模拟。
2024-09-12 astro-ph.GA
Evidence for non-merger co-evolution of galaxies and their supermassive black holes
利用 Horizon-AGN 模拟研究无并合星系，发现即使无并合，黑洞-星系标度关系依然存在，且共同演化由射电模式反馈主导，表明并合间隔期对共同演化有重要贡献。
2023-06-13 astro-ph.GA
RABBITS -- II. The impact of AGN feedback on coalescing supermassive black holes in disc and elliptical galaxy mergers
利用KETJU模拟盘星系与椭圆星系并合，研究AGN反馈模型如何改变中心星系性质、SMBH轨道衰减及并合时间尺度。
2024-04-25 astro-ph.GA
Orbital Decay of Supermassive Black Hole Binaries in Clumpy Multiphase Merger Remnants
我们模拟了两个银河系大小的星系盘的等质量合并，中等气体分数在秒差距尺度的分辨率，包括一个新的模型辐射冷却和加热的多相介质，以及恒星形成和超新星的反馈。这两个圆盘最初有一个$2.6\times10^6\mathrm{~M_{\odot}}$超大质量黑洞（SMBH）嵌入它们的中心。随着合并的完成，两个星系核心合并，SMBH形成一对，间隔几百pc，逐渐衰减。由于合并后系统的随机性质，双星的轨道平面受到显著的扰动。此外，由于强烈的星爆，来自中心区域的气体被完全抽空，需要$\sim10$ ~Myr来重建核盘。最重要的是，星际介质的cluerous性质对SMBH对的动力学演化有重大影响，SMBH对经历与大质量气体云的引力相遇以及由云中的云和盘中的螺旋模式随机扭转。这些效应结合起来，大大延迟了两个SMBH的衰减到几个秒差距的分离，与以前的工作相比，几乎两个数量级，$\sim 10^8$ yr。在气体更丰富的星系合并中，在高红移的随机扭矩将更加明显，并可能导致更强的轨道衰变调制。这表明，在任何红移中，几十秒差距的SMBH对应该是相对常见的。
2014-06-17 astro-ph.GA
Probing the Merger Rates of Supermassive Black Holes and Galaxies with Gravitational Waves
本研究提出结合LISA模拟探测与PTA约束的框架，推断星系与超大质量黑洞并合率，发现事件数量与延迟时间对约束至关重要，长延迟使吸积主导高红移质量增长。
2025-08-01 astro-ph.GA
Driving the Growth of the Earliest Supermassive Black Holes with Major Mergers of Host Galaxies
超大质量黑洞（SMBH）的形成机制，特别是在红移$z> 6$观测到的发光类星体$\sim 10^9\,{\rm M}_{\odot}$ SMBH的形成机制，仍然是一个开放的基本问题。在宇宙年龄不到10亿年的早期，如此大质量的黑洞的存在意味着它们要么是通过超爱丁顿吸积，要么是通过在爱丁顿极限附近几乎不间断的气体吸积而增长的;后者，乍一看，与较低红移的经验趋势不一致，在那里，与快速黑洞增长相关的类星体事件是罕见和短暂的。在这项工作中，我检查是否以及在何种程度上的增长的$z> 6$类星体SMBHs可以解释在标准的类星体的范例，其中主要合并的主机星系触发事件的快速气体吸积低于或接近爱丁顿限制。使用一套Monte Carlo合并树模拟的组装历史的可能的主机的PDMATHAMN类星体，我调查（i）他们的增长和主要的合并率出$z\sim 40$，和（ii）多久的喂养情节引起的主机合并必须持续，以解释所观察到的$z> 6$类星体人口没有超爱丁顿吸积。晕主合并率大致与$\propto (1+z)^{5/2}$成比例，类星体宿主通常在$15> z > 6$（$\approx 650\,{\rm Myr}$）之间经历$> 10$主合并，而在$3>z > 0$（$\approx 11 \,{\rm Gyr}$）的典型大质量星系则经历$\sim 1$。一个可行的亚爱丁顿SMBH增长模型的例子是一个主机合并触…
2014-06-11 astro-ph.GA
Probing the Delay Time of Supermassive Black Hole Binary Mergers With Gravitational Waves
本研究提出结合未来引力波测量与星系巡天模拟数据，利用分层贝叶斯推断和模型选择方法，推断超大质量黑洞双星合并的延迟时间分布并检验演化模型。
2023-06-28 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Offset Active Galactic Nuclei as Tracers of Galaxy Mergers and Supermassive Black Hole Growth
偏置活动星系核（AGNs）是处于星系合并过程中的活动星系核，它相对于其宿主星系产生运动学上的偏置。偏置活动星系核也是对偶活动星系核的近亲。我们进行了一个系统的搜索偏移活动星系核在斯隆数字巡天，通过选择活动星系核的发射线，表现出统计上显着的视线速度偏移相对于系统。从18314个z<0.21的2型活动星系核的母样本中，我们识别出351个速度偏移量为50 km/s < |v| < 410 km/s的活动星系核候选体。当我们在观测速度中考虑投影效应时，我们估计4% - 8%的活动星系核是偏移活动星系核。我们设计了选择标准，以绕过旋转气体盘、活动星系核外流和超大质量黑洞的引力反冲产生的速度偏移，但仍需要后续观测来确认我们的候选者是偏移活动星系核。我们发现，在43 < log（L_bol）[erg/s] < 46的光度范围内，活动星系核中作为偏移候选者的比例随着活动星系核的热光度的增加而增加，从0.7%增加到6%。如果这些候选者被证明是真正的偏移活动星系核，那么这将是星系合并优先触发高光度活动星系核的直接观测证据。最后，我们发现，部分的活动星系核的偏移活动星系核候选人增加从1.9%，在z=0.1到32%，在z=0.7，在步骤中的星系合并分数在相同的红移范围内的增长。
2014-05-26 astro-ph.GA
Eccentric Mergers in AGN Discs: Influence of the Supermassive Black-Hole on Three-body Interactions
本研究通过后牛顿N体模拟，在类AGN吸积盘构型中纳入中心超大质量黑洞，分析双黑洞-单黑洞相互作用下偏心并合比例的变化规律，揭示其相空间结构起源并给出希尔球影响的解析解。
2024-11-27 astro-ph.GA
Are the fates of supermassive black holes and galaxies determined by individual mergers, or by the properties of their host haloes?
本研究通过EAGLE模拟的对照实验发现，无并合时类银河系星系的黑洞生长与暗物质晕性质解耦，主并合会破坏星系盘、大幅促进黑洞生长并改变晕性质，表明并合是黑洞质量多样性的关键。
2023-11-06 astro-ph.GA
Dynamical Friction Modeling of Massive Black Holes in Cosmological Simulations and Effects on Merger Rate Predictions
在这项工作中，我们建立和测试的方法来实现动态摩擦的大规模黑洞对，形成在大体积宇宙流体动力学模拟，其中包括星系的形成和黑洞的增长。我们验证我们的模型和参数都为个人的黑洞动力学和宇宙学体积的黑洞人口。使用我们的无碰撞粒子动力学摩擦（DF）模型，黑洞可以有效地下沉到星系中心附近，只要黑洞的动力学质量至少是模拟中最低质量分辨率粒子的两倍。气体阻力也在协助黑洞的轨道衰变中发挥作用，但它通常不如无碰撞粒子有效，特别是在黑洞演化的第一个十亿年之后。对于BH质量为$> 10^{7}$ M $_{\odot}$，来自气体的DF变得小于来自无碰撞粒子的DF的$1\%$。使用我们最好的DF模型，我们使用$L_{\rm box}=35$ Mpc $/h$模拟框计算合并率直至$z=1.1$。我们预测$\sim 2$合并每年$z>1.1$峰值在$z\sim 2$。这些合并率是在以前的工作中使用类似的分辨率流体动力学模拟获得的范围内。我们表明，速率提高的因素时，考虑到DF的模拟相比，无DF运行的$\sim 2$。这是由于当添加DF时，$>40\%$更多的黑洞到达其宿主晕的中心。
2021-04-02 astro-ph.GA
Supermassive black holes in merger-free galaxies have higher spins which are preferentially aligned with their host galaxy
使用Horizon-AGN模拟发现无并合星系中超大质量黑洞自旋更高且更可能与星系自旋对齐，其生命周期主要处于射电反馈模式，表明射电模式AGN反馈可能调节SMBH-星系共同演化。
2023-06-13 astro-ph.GA
Evolution of Supermassive Black Hole Pairs on Inclined Orbits in Post-Merger Galaxies
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
研究后并合星系中倾斜轨道超大质量黑洞对的演化，探讨轨道倾斜对配对时间的影响，并发现低倾斜度并合形成的SMBH对可能成为双AGN和引力波源的前体。
2026-01-30 astro-ph.GA
Galaxy Core Formation by Supermassive Black Hole Binaries: the Importance of Realistic Initial Conditions and Galaxy Morphology
在星系合并过程中，超大质量黑洞（SMBH）双星合并释放的结合能被认为是明亮椭圆星系中经常发现的低密度核心的原因。我们使用高分辨率的$N$体和Monte Carlo技术进行单级和多级星系合并模拟和系统地研究的依赖性的中心星系的属性上的二进制质量比，初始密度尖点的斜率，和合并经历的数量。我们研究了耗尽恒星质量（或"质量赤字“）的数量，$M_{\rm def}$，以及耗尽区域的径向范围，$r_{\rm b}$。我们发现，$r_{\rm b}\simeq r_{\rm SOI}$和$M_{\rm def}$在$0.5$到$4M_{\bullet}$的范围内变化，其中$r_{\rm SOI}$是残余SMBH的影响半径，$M_{\bullet}$是残余SMBH的质量。这些关系中的系数弱依赖于二进制的质量比，并保持显着恒定，通过随后的合并。我们的结论是，核心的大小和质量赤字不与合并的数量呈线性关系，很难推断合并的历史，从观察。另一方面，我们表明，无论是$M_{\rm def}$和$r_{\rm b}$是敏感的星系合并残留物的形态，并采用球形的初始条件，在早期的工作，导致误导性的结果。我们的模型再现了大多数观测工作中发现的$M_{\rm def}$的值范围，但在真正的喷出恒星质量周围跨越了近一个数量级的范围。
2021-09-01 astro-ph.GA
RABBITS -- I. The crucial role of nuclear star formation in driving the coalescence of supermassive black hole binaries
本研究基于RABBITS模拟系列，发现核恒星形成通过三体相互作用显著缩短了星系合并中超大质量黑洞双星的硬化与合并时标，并指出AGN反馈、星系类型及离心率对合并时标的具体影响，有助于改进引力波事件率建模。
2024-02-02 astro-ph.GA
Dynamical friction and the evolution of Supermassive Black hole Binaries: the final hundred-parsec problem
原本位于两个合并星系核中的超大质量黑洞将在残余核心中形成双星。大质量双星的早期演化是由动力学摩擦驱动的，然后双星变得“硬”，并最终通过引力波发射达到合并。{我们考虑由次级黑洞组成的大质量双星的动力学摩擦演化，次级黑洞在由更大质量的中心黑洞控制的恒星尖点内运行。}在我们的治疗中，我们包括摩擦力的恒星移动速度比inspiralling对象，这是忽略了在标准的Sirrasekhar的治疗。我们表明，如果恒星尖点密度剖面上升不太陡比$ρ\propto r^{-2}$的二进制偏心率增加。在比$ρ\propto r^{-1}$浅的尖点中，由于缺乏比大质量天体运动速度慢的恒星，摩擦时标会变得非常长。虽然包含快速恒星会增加衰变率，但在足够大质量的星系中，低质量比双星（$q\lesssim 10^{-3}$）的衰变时间尺度比一个哈勃时间更长。在这样的小合并期间，次级孔在偏心轨道上停在初级孔的影响半径的十分之一量级的距离处（即，大质量椭圆星系的$\approx 10-100\rm pc$）。我们计算了作为宿主星系质量的函数的失速卫星的预期数量，并表明最明亮的星系团星系应该有$\gtrsim 1$这样的卫星轨道在其核心。我们的结果可以解释许多观测，包括核心椭圆星系中的多核现象，偏心活动星系核和偏心核盘。
2017-04-03 astro-ph.GA gr-qc
Hydrodynamics of galaxy mergers with supermassive black holes: is there a last parsec problem ?
我们研究形成的一个超大质量黑洞（SMBH）的二进制和收缩的两个孔的分离，以次pc尺度开始从一个现实的主要合并之间的两个富含气体的螺旋星系与质量相当于我们的银河系。的模拟，进行自适应网格细化（AMR）代码RAMSES，能够解决小至0.1 pc的分离。两个星系的碰撞产生了一个重力湍流旋转的核盘，其质量（10^9 Msun）和大小（60 pc）与之前使用类似设置（Mayer等人，2007）但仅限于几个秒差距的粒子分裂的SPH模拟非常一致。AMR的结果证实了两个黑洞由于动力学摩擦而迅速下沉到气体背景上，在不到10^7年的时间里达到1 pc的分离。我们表明，我们的模型很好地解决了动态摩擦尾流，我们发现与分析预测的阻力作为马赫数的函数很好的协议。低于1 pc时，黑洞配对会显著减慢，因为下沉的SMBH之间的相对速度变得非常亚音速，并且它们轨道内包含的质量低于双星本身的质量，使动力学摩擦失效。在这最后阶段，黑洞还没有打开一个间隙，因为气体背景在中心是高压的。非轴对称气体扭矩不会出现重新开始下沉，在没有有效的动力学摩擦，在与以前的计算使用理想化的平衡核盘模型的差异。（节略）
2012-12-24 astro-ph.GA
Interactions between multiple supermassive black holes in galactic nuclei: a solution to the final parsec problem
利用少体模拟研究了$0<z<4$星系（$z=0$的$M_{\star}=10^{10}-10^{12}{\rm M}_{\odot}$）中超大质量黑洞的演化.银河合并树从千年模拟，我们模型BH合并与两个极端的二进制衰变方案的“硬二进制”阶段：一个完整的或空的损失锥。这两个模型应该包含真正的演化，并允许我们分别探讨动力学摩擦和多体BH相互作用对BH合并的作用。利用计算的合并率，我们推断了随机引力波背景（GWB）。我们的动力学方法是第一次尝试研究多个SMBH的动力学演化的宿主星系进行合并与各种质量比（$10^{-4} < q_{\star} < 1$）。我们的主要结果表明，SMBH二进制文件能够在这两种情况下合并。在空的损失锥的情况下，我们发现BH合并通过多体相互作用，避免了“最后秒差距”的问题，并进入PTA带与大量的轨道偏心率。我们的完整的损失锥处理，虽然更近似，表明偏心率变得更高，当GWs成为主导，导致快速聚结（二进制寿命$\lesssim1 {\rm ~Gyr}$）。尽管在空损失锥的情况下合并率较低，但由于它们的较高质量比和较低的红移，全/空损失锥模型中的GWB是相当的（$0.70\times10^{-15}$和$0.53\times10^{-15}$的频率分别为$1~{\rm yr}^{-1}$）。最后，我们计算了高偏心率对GWB谱的影响。
2017-09-25 astro-ph.GA
Premature supermassive black hole mergers in cosmological simulations of structure formation
本研究利用FABLE宇宙学模拟发现黑洞并合常因数值误差过早发生，校正后产生数Gyr的宏观物理延迟，会抑制大质量黑洞并合、增加低红移双活动星系核数量，凸显提升黑洞动力学建模精度的紧迫性。
2025-08-31 astro-ph.GA
The supermassive black hole merger driven evolution of high-redshift red nuggets into present-day cored early-type galaxies
通过N体并合模拟，证明超大质量黑洞（SMBHs）是高红移红块星系演化成局部有核早型星系（ETGs）的关键，能同时解释低密度核形成、质量亏损、半质量尺寸快速演化及轨道结构变化。
2024-11-18 astro-ph.GA
Two Separate Outflows in the Dual Supermassive Black Hole System NGC 6240
理论模型和数值模拟已经建立了星系演化的框架，在这个框架中，星系合并并产生双超大质量黑洞（间隔为1至10千秒差距），最终沉入合并残余物的中心，发射引力波并合并。合并也会引发恒星的形成和超大质量黑洞的生长，气体流出调节恒星的含量。虽然这一理论图景得到了最近对恒星暴驱动和超大质量黑洞驱动外流的观测的支持，但这些外流如何与星际介质相互作用仍不清楚。此外，恒星形成和黑洞活动对星系反馈的相对贡献仍然未知。在这里，我们报告的双重流出的原型合并NGC 6240的中心区域的观察。我们发现黑洞驱动的[O III]流出到东北方向，恒星爆发驱动的Hα流出到西北方向。流出的方向和位置使我们能够在空间上隔离它们并独立地研究它们的性质。我们估计Hα泡和[O III]锥的质量流出率分别为每年10和75个太阳质量。它们的总质量流出与恒星形成速率相当，这表明恒星形成的负反馈正在发生。
2018-04-18 astro-ph.GA
Extragalactic neutrino emission induced by Supermassive and Stellar Mass Black Hole mergers
LIGO和Virgo合作组最近对双星质量黑洞合并的探测表明，这种合并是常见的。星系合并进一步表明，星系中心的超大质量黑洞也会合并，并且通常预计在它们的一生中至少有一次合并，可能很多次。在喷流存在的情况下，这些合并几乎总是伴随着喷流方向的改变和相关的喷流进动运动，导致喷流与周围物质的相互作用，并产生非常高能量的粒子，从而产生高能伽马射线和中微子。在这项工作中，我们调查的可能性，在何种条件下，这种合并可能是由冰立方中微子天文台测量的弥漫天体物理中微子通量的来源。计算中的主要自由参数涉及合并的频率和从引力释放的能量转移到中微子的能量的比例。我们发现，SMBBH的合并率必须介于$\sim 10^{-7}$和$10^{-5}$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$之间。在这样的合并过程中，能量与中微子的比率介于$\sim 10^{-6} - 3\cdot 10^{-4}$之间。对于恒星质量的BBH并合，速率需要为$\sim 10-100$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$，中微子与引力波能量的预期比率与SMBBH的$\sim 2 \cdot 10^{-5} - 10^{-3}$相当。这些值位于一个合理的参数范围内，因此在检测到的中微子通量水平上产生中微子是现实的可能性。
2022-10-20 astro-ph.GA astro-ph.HE
Post-Newtonian dynamical modeling of supermassive black holes in galactic-scale simulations
我们提出KETJU，广泛使用的光滑粒子流体动力学模拟代码GADGET-3的一个新的扩展。该代码的主要特点是包含了每个超大质量黑洞（SMBH）周围的算法正则化区域。这允许同时遵循全球银河系尺度的动力学和天体物理过程，同时解决SMBH，SMBH双星和周围恒星系统在亚秒差距尺度的动力学。KETJU程序在SMBH的运动方程中加入了后牛顿项，这使得基于引力波合并时间尺度的新SMBH合并准则能够将SMBH的合并分离推低至$\sim 0.005$ pc。我们通过与NBODY 7和rVINE的比较来测试我们代码的性能。我们建立了动力学稳定的多组分合并祖星系，研究星系合并过程中SMBH双星的演化。在我们的模拟样本中，SMBH二进制不受最终秒差距问题的影响，我们将其归因于合并残留物的非球形形状。对于膨胀模型，硬化率随分辨率的增加而降低，而对于模型，其中还包括大量的暗物质晕的SMBH二进制硬化率几乎成为独立的质量分辨率的恒星凸起。在SMBH双星形成后，SMBH平均合并了200百万年。然而，小的差异，在初始SMBH二进制偏心率可以导致大的差异，SMBH聚结时间。最后，我们讨论了KETJU的未来前景，它允许在模拟中直接包含气体物理。
2017-04-19 astro-ph.GA
The Role of Nuclear Star Clusters in Enhancing Supermassive Black Hole Feeding Rates During Galaxy Mergers
在星系合并期间，气体落到中心，引发恒星形成，并为超大质量黑洞（SMBH）的快速增长提供了养分。SMBH通过将能量供应回环境气体来响应这种加燃料。数值研究表明，这种反馈是必要的，以解释为什么SMBHs的属性和形成的凸起是密切相关的。SMBH的质量与宿主的大尺度动力学和光度之间的这种密切联系已经被证明是一个难以解决的问题，因为无法同时解决所有相关的长度尺度。在本文中，我们模拟SMBH的增长在高分辨率与{\it FLASH}，占核星团（NSCs），这似乎是无处不在的星系核的引力聚焦效应。在模拟中，NSC核心通过约0.001 pc或集群半径的约$10^{-3}$的最小小区大小来解析。我们讨论了有效的气体漏斗发生所需的条件，这主要是由NSC的速度色散和当地的声速之间的关系为主，并提供了一个次网格处方的增强中央SMBH吸积率在NSC的存在。对于合并星系中心的持续条件，NSC中产生的大中心气体密度应该会产生大幅增强的嵌入式SMBH吸积率-对于类似于大规模星系合并模拟中的气体性质，可以实现高达一个数量级的增加。这自然会导致更快的黑洞增长率和更高的光度比常用的邦迪-霍伊尔-利特尔顿吸积形式主义的预测。
2015-02-11 astro-ph.GA
Analysis of Kozai Cycles in Equal-Mass Hierarchical Triple Supermassive Black Hole Mergers in the Presence of a Stellar Cluster
本研究通过N体模拟分析存在星团时等质量层级三SMBH的轨道振荡，发现EKL振荡罕见且短暂（约3%时间），表明其加速并合作用可能被高估。
2023-12-28 astro-ph.GA
Growth of Supermassive Black Hole Seeds in ETG Star-Forming Progenitors: Multiple Merging of Stellar Compact Remnants via Gaseous Dynamical Friction and Gravitational Wave Emission
提出了$z\gtrsim 1$上局域早型星系（ETGs）恒星形成祖星中超大质量黑洞（BH）种子生长的新机制。这设想的迁移和合并的恒星紧凑的残余物（中子星和恒星质量的黑洞）通过气体动力学摩擦向中央的高密度区域的星系。我们表明，在合理的假设和初始条件下，该过程可以建立中央BH质量的顺序$10^4-10^6\, M_\odot$在一些$10^7$年，因此有效地提供重种子之前，标准盘（类爱丁顿）吸积接管，成为进一步BH增长的主导过程。值得注意的是，当宇宙$\lesssim 0.8$ Gyr的年龄构成了一个苛刻的限制时，这种机制可能为$z\gtrsim 7$类星体宿主中数十亿太阳质量BH的积累提供一种解释，而不是超爱丁顿吸积速率;此外，本发明还在红移$z\sim 2-6$的更常见的ETG祖细胞中，即使在短时间内的中等爱丁顿比$\lesssim 0.3$下，恒星形成持续时间$\lesssim$ Gyr。最后，我们探讨了未来的地面和空间探测器，如爱因斯坦望远镜（ET）和激光干涉仪空间天线（LISA）通过引力波发射检测迁移的恒星残骸和积累的中央超大质量BH之间的合并事件的前景。
2020-02-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dwarf galaxies might not be the birth sites of supermassive black holes
局域矮星系中的中等质量黑洞被认为是早期种子黑洞的遗迹。然而，它们的增长可能受到星系合并和BH反馈的影响，因此它们不能被视为早期种子BH人口的示踪剂。
2019-01-09 astro-ph.GA
Supermassive black holes in disk-dominated galaxies outgrow their bulges and co-evolve with their host galaxies
星系和它们的超大质量黑洞之间的深层联系是现代天体物理学和宇宙学的核心。观测到的星系和黑洞质量之间的相关性通常归因于主要合并对两者的贡献。我们利用一个星系的样本，其盘占主导地位的形态表明一个主要的合并自由的历史，并表明这样的系统能够成长超大质量黑洞的速率类似于类星体。将黑洞质量与凸起质量的保守上限进行比较，我们发现，如果创建凸起的过程也是黑洞增长的主要驱动力，则样本中的黑洞通常大于预期。黑洞和星系的总恒星质量之间的关系被发现为合并免费的样品，作为一个样品，经历了大量的合并，表明主要合并并没有发挥重要的作用，在控制星系和黑洞的共同演化。我们认为，更基本的过程，有助于星系组装也负责黑洞的增长。
2017-05-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
Mergers of supermassive and intermediate-mass black holes in galactic nuclei from disruptions of star clusters
引力波（GWs）提供了一个前所未有的机会来调查天空和检测合并的紧凑的对象。虽然中等质量黑洞（IMBHs）还没有被发现，无论是动力学或吸积签名，任何合理的怀疑，GW景观似乎非常有希望。IMBH与超大质量黑洞（SMBH）的合并将是计划中的空间任务LISA的主要来源，并且可以在遥远的宇宙中观察到。SMBH-IMBH双星是星系中心恒星团迁移和合并的结果，那里潜伏着SMBH。我们首次建立了一个半解析的框架来模拟这种情况，并发现SMBH-IMBH双星的共动合并率是$\sim 10^{-4}$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$在本地宇宙中的一个单位IMBH占领分数，与它线性标度，并有一个峰值在$z\approx 0.5$ - $2$。我们的模型预测的$\sim 0.1$事件年$^{-1}$内红移$z\approx 3.5$，如果$10\%$的吸入星团托管IMBH，而$\sim 1$事件年$^{-1}$的一个单位占领分数。这些系统中的超过$90\%$将用信噪比大于$10$的LISA检测到，有望潜在地发现IMBH家族。
2022-10-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Ecology of the Galactic Centre: Nuclear Stellar Clusters and Supermassive Black Holes
超大质量黑洞存在于大多数星系核中。这些原子核中的很大一部分还包含一个围绕着黑洞的核星团。在这里，我们考虑的想法，核星团形成的第一和超大质量黑洞成长后。特别是，我们考虑合并的三个星团，形成一个核星团，其中一些集群包含一个单一的中等质量黑洞（IMBH）。在多个星团包含IMBH的情况下，我们讨论了黑洞是否可能合并，以及这种合并是否可能导致合并后的黑洞从核星团中喷出。在某些情况下，没有超大质量黑洞会形成，因为任何合并产物都不会保留。这是一个自然的途径来解释那些含有核星团但显然缺乏超大质量黑洞的星系核; M33是一个附近的例子。或者，如果IMBH合并的产物被保留在核星团中，它可能会随后长大，例如通过恒星的潮汐破裂，形成超大质量黑洞。
2019-07-31 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Cosmic Evolution of the Supermassive Black Hole Population: A Hybrid Observed Accretion and Simulated Mergers Approach
本研究结合观测吸积与模拟并合通道，描绘了超大质量黑洞种群的真实宇宙演化模式，推导了黑洞与宿主星系质量标度关系及局域黑洞质量函数，并揭示了吸积主导的生长机制及游荡黑洞质量占比。
2024-09-24 astro-ph.GA
The formation of extremely diffuse galaxy cores by merging supermassive black holes
考虑到它的速度色散，早型星系NGC 1600有一个异常大质量（$M_\bullet = 1.7 \times 10^{10} M_\odot$）的中心超大质量黑洞（SMBH），被一个大的核心（$r_\mathrm{b} = 0.7$ kpc）包围，具有切向偏置的恒星分布。我们提出了高分辨率的等质量合并模拟，包括SMBHs研究这样的系统的形成。椭圆星系前身的结构参数被用来产生类似NGC 1600的合并残留物。我们测试了$ρ\propto r^{-1}$和$ρ\propto r^{-3/2}$的初始恒星密度斜率，并将初始SMBH质量从$8.5 \times 10^8$改变为$8.5 \times 10^9$ $M_\odot$。随着SMBH质量的增加，合并残留物显示出系统的中心表面亮度下降，核心尺寸增加，切向偏置中心速度各向异性越来越大。二维运动学地图揭示了最大质量SMBH的解耦、旋转核心区域。恒星的核心迅速形成的SMBH成为约束，而速度各向异性发展缓慢后，SMBH双星变得硬。模拟合并残留物遵循不同的核心半径和影响范围之间的关系，SMBH质量，类似于观察到的系统。我们发现一个系统的变化关系作为一个功能的祖密度斜率，并提出了一个简单的冲刷模型再现这种行为。最后，我们发现最好的协议与NGC1600使用SMBH质量总计观测值的$M_\bullet = 1.7 \times 10^{10} M…
2018-09-06 astro-ph.GA
The route to massive black hole formation via merger-driven direct collapse: a review
在本文中，我们回顾了一个新的方案，形成大规模的黑洞种子，依赖于多尺度的气体流入发起的合并的大规模的富含气体的星系在$z > 6$，气体已经达到太阳的组成。为探索我们的设想而进行的流体动力学模拟表明，在不到$10^5$年的时间里，合并残留物的核中会形成超大质量的、受引力束缚的气体盘，其质量为10亿太阳质量，大小为几个pc。这些恒星后来可能通过各种机制在其中心产生超大质量原恒星或超大质量恒星。此外，我们提出了一个新的分析模型，基于角动量输运的质量加载gravitoturbulent磁盘。这自然预示着，一个核盘吸积率超过$1000 M_{\odot}$ /年，如模拟中所见，是稳定的，对碎裂无关的金属。这与传统的直接坍缩方案不同，后者需要抑制无金属原星系中的气体冷却才能发生气体坍缩。如此高的吸积率反映了在$z < 10$出现的大质量晕中的高自由落体速度，并且自然地作为合并提供的有效角动量损失的结果而发生。我们讨论了我们的方案上观察到的人口的高Z类星体和它的演变，以较低的红移使用半分析星系形成模型的影响。最后，我们考虑了一个有趣的可能性，即不稳定盘中的次级气体流入可能通过广义相对论径向不稳定性直接驱动气体坍缩成超大质量黑洞。这种{ \it暗塌缩}路径可以产生引力波发射，通过未来的激光干涉仪空间天线（LISA）可以检测到。[摘要]
2018-03-16 astro-ph.GA
Investigating the Spectral Properties of Dual Nuclei in Galaxy Mergers from the GOTHIC survey: Supermassive Black Hole Growth, metal enrichment and Dual AGN
Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）；Observatoire de Paris, LERMA, College ’ de France, PSL University, Sorbonne University, CNRS（巴黎天文台，LERMA，法兰西学院，PSL大学，索邦大学，法国国家科学研究中心）；Siebel School of Computing and Data Science, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校赛贝尔计算与数据科学学院）；APPCAIR, Department of CSIS, Birla Institute of Technology & Science（Birla理工学院CSIS系APPCAIR）；HappyMonk AI（HappyMonk人工智能）；Department of Physics, Indian Institute of Science Education and Research, Bhopal（博帕尔印度科学教育研究系物理系）
基于GOTHIC巡天的双核星系样本，利用pPXF方法分析光谱，发现合并过程中超大质量黑洞质量增长超过单核星系，为双核系统演化提供观测约束。
2026-06-23 astro-ph.GA
The MEGaN project II. Gravitational waves from intermediate mass- and binary black holes around a supermassive black hole
本文研究了大质量星团群沉积在超大质量黑洞附近的中等质量黑洞、恒星黑洞和双星黑洞的演化。恒星黑洞在SMBH周围迅速分离，形成极端质量比的吸气，并以$Γ= 0.02-0.2$ yr $^{-1}$ Gpc $^{-3}$的速率在红移$z=0$处合并。一些围绕SMBH运行的IMBH有利于在哈勃时间内合并的大质量对的形成，这是该通道$Γ=0.03$ yr $^{-1}$ Gpc $^{-3}$的合并率。合并后的反冲可以将残余物从星系中心喷射出去，特别是在矮星系中。我们的研究结果表明，这种机制可以导致高达$10^5$喷射SMBH在1 Gpc。IMBH与同一簇中的几个单一和二元BH共存可以显著影响它们的演化，要么驱动二元破坏，产生中等质量比的吸气（合并率$Γ=9.5$ yr $^{-1}$ Gpc $^{-3}$），要么促进BHB聚结（$Γ=2-8$ yr $^{-1}$ Gpc $^{-3}$）。在一些模拟中，SMBH促进BHB聚结，导致该过程的合并速率为$Γ=1$ yr $^{-1}$ Gpc $^{-3}$。我们注意到，在星系核中经历合并的BHB可能被错误地估计为比实际重的$\sim 30\%$，这是因为SMBH周围的快速运动引起的波频率的多普勒频移。我们所有的模拟都是使用$N$体代码进行的，该代码专门用于处理近距离接触和后牛顿动力学，其中还包括粒子运动方程中的星系场和动力学摩擦。
2018-11-15 astro-ph.GA
Rapid Growth of Galactic Supermassive Black Holes through Accreting Giant Molecular Clouds during Major Mergers of their Host Galaxies
本研究使用 GIZMO 代码并引入巨分子云模型进行流体动力学模拟，揭示了在星系主并合期间巨分子云因动力学摩擦被大量吸积至星系中心，使超大质量黑洞在 300 Myr 内快速增长，并触发星暴。
2023-05-23 astro-ph.GA
The typical mass ratio and typical final spin in supermassive black hole mergers
我们证明了合并的超大质量黑洞（SMBH）通常既没有相等的质量，也不是他们的质量比太极端。大多数这样的合并落在1：30到1：3的质量比范围内，这意味着在内旋过程中的自旋翻转。我们还提出了一个简单的表达式为新兴的SMBH的最终自旋$χ_{f}$，作为质量比，初始自旋幅度和自旋相对于轨道平面和彼此的取向的函数。该公式很好地近似了从与数值模拟的拟合中获得的更繁琐的表达式。通过对旋进合并的所有可能性相等的方向进行积分，我们确定了最终自旋分布的一个较低的近似值，该近似值仅作为质量比的函数。通过折叠与导出的质量比相关的合并率，我们得出一个下界的典型的最终自旋值合并后。我们重复的程序推导出一个上限的情况下，当自旋的轨道角动量对齐的典型自旋，这样就没有在系统中的进动。作为初始自旋的函数的$χ_{f}$的两个斜率都小于1，分别导致在$χ_{f}^{prec}=0.2$和$χ_{f}^{align}=0.45$处的两个吸引子。真正的合并，由于与环境（吸积，宿主星系等）的相互作用而偏向于部分对齐。将产生位于这两个极限值之间的典型的最终自旋。这些是合并后自旋的典型值，从这些值开始，通过进一步的气体吸积可以建立自旋。
2012-08-26 astro-ph.GA gr-qc
A rapid channel for the collisional formation and gravitational wave driven mergers of supermassive black hole seeds at high redshift
受JWST高红移恒星形成观测启发，研究通过BIFROST模拟发现低金属丰度星团中恒星碰撞可快速形成大质量中等质量黑洞，其并合是高红移超大质量黑洞种子形成的快速通道，为下一代引力波探测提供了目标信号。
2025-09-05 astro-ph.GA
Dynamical Friction around Supermassive Black Holes
在超大质量黑洞（SMBH）的影响半径范围内，星系凸起中的恒星密度通常是平坦的或缓慢上升的。由于没有恒星的运动速度慢于当地的圆周速度，因此，通常将动力摩擦力归因于比测试物体运动更慢的恒星，这在这样的核心中可能是一个很差的近似。我们已经使用大规模的N体实验验证了这一预测。轨道衰减的速率永远不会精确地降到零，因为比测试物体运动得快的恒星也会产生摩擦力。当在动力学摩擦力的表达式中包括快速运动恒星的贡献，并考虑到大质量天体对恒星分布的影响时，我们发现Krasekhar的理论能很好地再现轨道衰减率。然而，这一速率仍然远远小于最广泛使用的Eschrasekhar公式所预测的速率，这意味着inspiral的时间尺度更长。最近的观测表明，银河系中心SMBH周围的秒差距尺度的核心的动机，我们调查人口的恒星质量黑洞（BH）的演变，因为他们螺旋在银河系的中心。在~ 10 Gyr之后，我们发现黑洞的密度在所有半径上都可以保持比恒星的密度小得多;我们得出结论，假设银河系中心黑洞的空间分布可以用稳态模型很好地描述是不合理的。结果之一是银河系中心（EMRI）的SMBH捕获BH的速率可能比标准模型低得多。最后，我们研究了卫星星系的轨道衰变到巨椭圆星系的中心区域，并讨论了这种系统中多核和多重态黑洞的形成。
2011-11-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
The ASTRID simulation: the evolution of Supermassive Black Holes
我们提出了黑洞（BH）的演化和它们与它们的宿主星系在Astrid，一个大体积的宇宙学流体动力学模拟盒大小为250 $h^{-1} \rm Mpc$包含$2\times5500^3$粒子演化到z=3。Astrid统计模型BH气体吸积和活动星系核反馈到他们的环境，适用于BH种子质量$M_{\rm sd}$的幂律分布，使用BH动力学的动力学摩擦模型，并执行BH合并的物理处理。BH人口是广泛一致的BH质量函数，亮度函数的亮端，BH质量和吸积率密度的时间演化的经验约束。黑洞的质量和吸积与宿主恒星的质量和恒星形成速率密切相关。我们追踪了在z>10之前接种的BH，直到z=3，发现除了那些具有最小$M_{\rm sd}$的BH之外，BH几乎不携带初始$M_{\rm sd}$的印记，其中不到50%的BH质量加倍。气体吸积是BH增长的主要渠道相比，BH合并。与动力摩擦，阿斯特丽德预测BH合并后，第一次遇到一个BH对显着的延迟，一个典型的流逝时间约为200万年。在z>3时，Astrid中存在全部的$4.5 \times 10^5$ BH并合，其中的$\sim 10^3$具有X射线可探测的EM对应物：明亮的kpc尺度活动星系核，其$L_X>10^{43}$ erg/s。具有$M_{\rm BH} \sim 10^{7-8} M_{\odot}$的BH经历最频繁的合并。主持BH并合的星系是整个$M_{\rm…
2022-03-20 astro-ph.GA
Swift coalescence of supermassive black holes in cosmological mergers of massive galaxies
超大质量黑洞（SMBH）在具有相当大质量的星系中无处不在。据推测，一对最初位于两个合并星系核中的SMBH将形成一个双星，并最终通过引力波的爆发而合并。到目前为止，理论模型和模拟已经无法直接预测的SMBH合并的时间尺度从头计算星系形成理论，只集中在有限的阶段的SMBH的轨道衰减的理想条件下的星系主机。预测的SMBH合并时间尺度很长，是Gyrs级的，这可能对未来的引力波搜索造成问题。在这里，我们提出了第一个多尺度的$Λ$ CDM宇宙学模拟，遵循轨道衰变的一对SMBH在合并的两个典型的大质量星系在$z\sim3$，所有的方式，以最终的合并驱动的引力波发射。质量为$\sim10^{8}$ M $_{\odot}$的两个SMBH迅速地沉降在合并残余物的核中。由于合并的耗散性质和高红移星系的内在致密性，残余物是三轴的，并且非常致密。这样的性质自然允许SMBH二进制的非常有效的硬化。SMBH合并发生在银河系核心合并后的$\sim10$百万年内，比哈勃时间小两个数量级。
2016-08-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Tracking Supermassive Black Hole Mergers from kpc to sub-pc Scales with AXIS
本文分析表明，AXIS卫星凭借其点扩散函数、视场和有效面积，可探测数百至数千个新双活动星系核，并首次量化其频率随红移（至z=4）的变化，从而显著推进对超大质量黑洞并合的理解。
2024-05-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
The two phases of core formation -- orbital evolution in the centres of ellipticals with supermassive black hole binaries
大质量椭圆星系的扁平恒星密度核是由于在贫气体星系合并中下沉的超大质量黑洞（SMBH）而迅速形成的。在SMBH形成一个束缚双星后，引力弹弓与附近恒星的相互作用将核心区域推向切向偏置的恒星速度分布。我们使用无碰撞星系合并模拟与准确的碰撞轨道集成周围的中央SMBHs证明，从中心的弹弓踢恒星的去除占整个速度各向异性的变化。对于我们最大质量的SMBH双星（$M_{\rm BH} = 1.7 \times 10^{10} M_\odot$），在$\sim 3 \ M_\odot \rm yr^{-1}$上，强（非结合）反冲的速率在几百万年内是恒定的。使用基于频率的轨道分类方案（箱，x管，z管，玫瑰花），我们证明弹弓踢主要影响箱轨道与小近心点距离，导致速度各向异性$β\lesssim -0.6$在几百万年内观察到的大质量椭圆与大的核心。我们展示了不同的SMBH质量如何影响合并残余物的轨道结构，并提出了一个运动断层扫描连接轨道家庭积分场运动学特征。我们的直接轨道分类同意非常好的现代三轴史瓦西分析模拟模拟运动学地图。
2021-09-21 astro-ph.GA
Electromagnetic Emission from Supermassive Binary Black Holes Approaching Merger
我们提出了第一个完全相对论性的预测电磁辐射从周围的气体的超大质量双黑洞系统接近合并。使用光线跟踪代码后处理数据从广义相对论3-D MHD模拟，我们生成的图像和光谱，并分析发射的光的视角依赖性。当吸积率相对较高时，环双星盘、吸积流和迷你盘结合在一起发出UV/EUV波段的光。我们测量了日冕辐射的热康普顿硬X射线谱;在高吸积率下，它几乎完全产生于小盘，但在低吸积率下，它也是小盘和吸积流的主要辐射机制。由于相对论性光束和引力透镜的作用，辐射功率的角分布具有很强的各向异性，尤其是在赤道面附近。
2018-06-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Co-evolution of Supermassive Black Holes and their Host L* galaxies: implications for Milky Way and M31
Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales（布宜诺斯艾利斯大学，理学院）；CONICET-Universidad de Buenos Aires, Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE)（阿根廷国家科学研究委员会-布宜诺斯艾利斯大学，天体物理学与空间物理研究所（IAFE））；Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University（利物浦约翰摩尔斯大学，天体物理研究所）
通过ARTEMIS和EAGLE模拟研究L*星系中超大质量黑洞质量散射的起源，发现合并历史差异导致黑洞质量及星系形态的分化。
2026-08-31 astro-ph.GA
Supernovae in massive binaries and compact object mergers near supermassive black holes
围绕星系核中的超大质量黑洞（SMBH）的核星团是宇宙中的致密系统之一，拥有数百万颗恒星和致密天体（CO）。在距离SMBH几个秒差距的范围内，恒星可以形成双星。在本文中，我们模型的超新星（SN）的过程中，出生在SMBH附近，产生CO二进制的大规模的二进制文件。这些双星后来可以通过发射引力波合并，这是Lidov-Kozai机制的结果。我们研究了这些系统的动力学演化的高精度$N$体模拟，包括后牛顿（PN）项高达2.5 PN阶。我们采用不同的处方出生的速度踢在SN过程中给予，并发现较大的踢导致更紧凑的二进制合并更接近SMBH。我们还得出结论，大多数的合并进入LIGO波段具有非常高的偏心率。最后，我们分别计算了BH-BH、BH-NS、NS-NS的$0.05$-$0.07\ \mathrm{Gpc}^{-3} \mathrm{yr}^{-1}$、$0.04$- $2\times 10^{-3}\ \mathrm{Gpc}^{-3} \mathrm{yr}^{-1}$、$9.6\times 10^{-6}$ - $2.7\times 10^{-3}\ \mathrm{Gpc}^{-3} \mathrm{yr}^{-1}$的合并率，小于实际的LIGO-Virgo观测率。
2019-10-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
Resolving the Complex Evolution of a Supermassive Black Hole Triplet in a Cosmological Simulation
利用自洽宇宙学放大方法模拟了复杂多星系合并过程中形成的三重超大质量黑洞系统。模拟运行与我们的代码KETJU的更新版本，这是能够遵循SMBHs的运动到几十个史瓦西半径的分离，同时模拟周围星系的大规模天体物理过程，如气体冷却，恒星形成，恒星和AGN反馈。我们的模拟产生最初的SMBH二进制系统的硬化过程被打断的第三SMBH的迟到。KETJU代码能够准确地模拟发生在这样一个三重SMBH系统中的复杂行为，包括由于强三体相互作用而将一个SMBH喷射到星系中的千秒差距尺度轨道，以及当SMBH处于分层配置时由相对论进动抑制的Lidov-Kozai振荡。一对SMBH在最初的星系合并后合并为$\sim 3\,\mathrm{Gyr}$，而剩下的双星在模拟以红移$z=0$结束时处于秒差距尺度的分离。我们还表明，KETJU可以捕捉到SMBH双星和三胞胎对周围的恒星星族，这可以影响系统中的恒星密度的演变的二进制合并时标的影响。我们的研究结果表明，动态解决复杂的行为，多个SMBH在星系合并的重要性，因为这样的系统不能很容易地使用简单的轨道平均半解析模型建模。
2021-05-06 astro-ph.GA
Gravitational Wave Driven Mergers and Coalescence Time of Supermassive Black Holes
研究了初始嵌入合并星系中心的超大质量黑洞（SMBH）从星系合并开始到合并的演化过程。我们进行了大量的直接N体模拟与三个不同的斜率的中央恒星尖点和不同的随机种子。后牛顿条款高达3.5阶用于驱动SMBH二进制的相对论性制度的演变。研究了SMF对硬化速率和聚结时间的影响。我们发现，SMBH二进制合并以及在十亿年内，当我们的模型被缩放到一个陡峭的尖点在低红移的星系。在这里，更高的中心密度提供了更大的恒星供应，以有效地从SMBH双星轨道中提取能量，并将其缩小到引力波（GW）发射占主导地位的阶段，从而导致SMBH的合并。合并的模型与浅尖点，是代表巨大的椭圆星系的中心核心的结果在较低的效率提取的二进制轨道能量，由于较低的恒星密度的中心。然而，在这样的星系合并中，SMBH双星的高偏心率值确保了GW发射占主导地位的相位集在更早的半长轴的较大值。这有助于补偿在恒星相遇阶段的能量提取效率较低，导致在双星形成后约一个Gyr内合并SMBH。此外，我们见证了合并残余物中的质量偏析，导致SMBH二元硬化率提高。我们表明，至少在尖状低质量星系的合并的最后阶段将与GW探测器eLISA观察。
2018-03-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining astrophysical observables of Galaxy and Supermassive Black Hole Binary Mergers using Pulsar Timing Arrays
利用星系-恒星质量函数、偶分数、合并时标和黑洞-宿主星系关系等天体物理观测量，提出了一个描述宇宙中超大质量黑洞双星合并速率的解析模型.构造观测先验，计算出引力波背景（GWB）的特征光谱$h_c$在频率为$f=1/{\rm yr}$时的允许范围为$10^{-16}<h_c<10^{-15}$.我们利用我们的参数化来解决脉冲星定时阵列（PTA）观测的天体物理推断问题。我们模拟了一系列的上限和检测，并使用嵌套抽样算法来探索参数空间。证实以前的结果，我们发现，目前的PTA非检测不放置任何可观的显着限制，但是，无论是未来的上限或检测将显着提高我们的SMBHB人口的知识。如果在$h_c(f=1/{\rm yr})=10^{-17}$的水平上没有检测到GWB，我们目前对星系和SMBHB合并的理解在$5σ$的水平上是不利的，这表明严重的双星失速，高估SMBH -宿主星系关系，以及合并SMBHB的极端动力学特性。相反，未来对平方公里阵列（SKA）型阵列的探测将允许限制宇宙中SMBHB合并率的正常化，星系配对和SMBHB合并之间的时间，SMBH -宿主星系关系的正常化和动态二元属性，包括它们的离心率和恒星环境的密度。
2019-07-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
