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
Exploring the nature of black hole and gravity with an imminent merging binary of supermassive black holes
针对候选超大质量双黑洞SDSS J1430+2303，研究即将并合的超大质量黑洞双星引力波源的探测需求，提出扩展的Taiji pathfinder-plus方案有望探测近距源，以助力探索黑洞性质与引力本质。
2023-05-08 astro-ph.HE gr-qc
Slowly decaying ringdown of a rapidly spinning black hole II: Inferring the masses and spins of supermassive black holes with LISA
本研究预估LISA探测极端质量比并合时，快速自旋超大质量黑洞的质量与自旋测量误差，表明高角向模式激发可提高精度，近极端情形下误差分别约1%和0.1%。
2024-03-19 astro-ph.HE gr-qc
A relativistic treatment of accretion disk torques on extreme mass-ratio inspirals around non-spinning black holes
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Princeton University（普林斯顿大学）
该研究通过相对论方法分析了超大质量黑洞周围极端质量比 inspirals 的 accretion 盘扭矩，揭示了相对论修正对扭矩大小和方向的影响。
2026-02-15 astro-ph.HE gr-qc
Numerical-relativity simulation for tidal disruption of white dwarfs by a supermassive black hole
本文在全广义相对论框架下数值模拟了超大质量黑洞对白矮星的潮汐撕裂，证实典型白矮星在特定质量黑洞的临界束缚轨道附近会被撕裂。
2023-04-03 astro-ph.HE gr-qc
Enhanced off-center stellar tidal disruptions by supermassive black holes in merging galaxies
偏心恒星潮汐破裂耀斑被认为是探测各向异性引力波辐射导致的超大质量黑洞反冲出星系中心的有力工具。然而，离中心的潮汐耀斑也可以由合并星系中的SMBH产生。在本文中，我们计算了两个合并星系中的双SMBH在SMBH成为自引力束缚之前的潮汐耀斑率。我们采用了一个分析模型来计算两个SMBHs的潮汐损失锥喂养率，考虑到两体松弛的恒星，潮汐扰动的同伴星系，和混乱的恒星轨道在三轴引力势。结果表明，对于质量为10 ^7 M_ \sun的典型SMBH，亏损锥的馈送率在合并后可提高到10^{-2} yr^{-1}，比孤立星系中单个SMBH的馈送率高出两个数量级，比反冲SMBH的馈送率高出四个数量级.这种增强主要是由于伴星系的潮汐扰动。我们认为，偏离中心的潮汐耀斑被淹没的合并星系，使识别反冲SMBHs的挑战。基于计算的速率，我们估计的相对贡献的潮汐耀斑事件的单，二进制，和双SMBH系统在宇宙时间。我们的计算表明，合并星系中的非束缚SMBH的偏心潮汐破裂耀斑贡献的一小部分可比的孤立星系中的单个SMBH。我们的结论是，偏离中心的潮汐中断的合并历史的星系和SMBHs的强大的示踪剂。
2013-03-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The merger of spinning, accreting supermassive black hole binaries
Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）
研究通过数值模拟揭示了自旋并合吸积超大质量黑洞双星在并合过程中的多信使辐射特性，发现热光子与喷流辐射在时间上的关联性及并合后光变曲线特征。
2025-12-03 astro-ph.HE gr-qc physics.comp-ph
Disks Around Merging Binary Black Holes: From GW150914 to Supermassive Black Holes
我们在完全广义相对论下对质量比为36：29的非自旋黑洞双星进行了磁流体动力学模拟。我们调查不同的磁盘模型，不同的规模高度，总尺寸和磁场量化的鲁棒性，以前的模拟初始磁盘模型。将我们的模拟缩放到LIGO GW 150914，我们发现这样的系统可以解释可能的引力波和电磁对应物，例如在GW 150915结束后0.4秒报告的费米GBM硬X射线信号。将我们的模拟缩放到超大质量二元黑洞，我们发现，可观察到的流动特性，如吸积率周期性，整个螺旋，合并和合并后，磁盘温度，热频率的出现，以及合并和喷气流出之间的时间延迟，我们在早期的研究报告显示只有适度的依赖于我们在这里考虑的初始磁盘模型。
2018-02-24 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Formation of Merging Stellar-Mass Black Hole Binaries by Gravitational Wave Emission in Active Galactic Nucleus Disks
该研究解析分析了活动星系核盘中恒星质量黑洞经引力波辐射形成并合双星的过程，发现多数双星在LVK频段内呈高度偏心并可被探测，且偏心率受速度、距离和频段影响。
2024-03-14 astro-ph.HE gr-qc
Binary Mergers near a Supermassive Black Hole: Relativistic Effects in Triples
研究了在等级三元系统中自旋超大质量黑洞对并合黑洞双星的轨道和自旋演化的广义相对论效应。一个足够倾斜的外轨道可以激发BHB的Lidov-Kozai偏心率振荡，并导致其合并。这些GR效应在BHB轨道和自旋上产生额外的进动，显着增加了合并的倾斜窗口，并在BHB进入LIGO波段时产生广泛的自旋取向。这种“GR增强”通道可能在BHB合并中发挥重要作用。
2019-09-06 astro-ph.HE gr-qc
A rapidly spinning supermassive black hole at the centre of NGC 1365
在活动星系中观察到的中性和部分电离铁的宽X射线发射线被解释为吸积盘内缘反射硬X射线产生的荧光。在这个模型中，谱线的展宽和扭曲是由黑洞附近的快速旋转和相对论效应引起的，谱线的形状对它的自旋很敏感。其他的模型，其中的扭曲是由中间结构的吸收造成的，提供了同样好的数据描述，并没有普遍的协议是正确的。最近的说法是，星系NGC 1365中心的黑洞（2 E6太阳质量）正在以接近其最大可能速度旋转，这是基于相对论反射的假设。在这里，我们报告的NGC 1365的X射线观测，揭示了相对论盘的功能，通过扩大Fe线发射和相关的康普顿散射超过10-30千电子伏。使用时间和光谱分析，我们解开连续变化，由于时变吸收反射，我们发现产生于一个区域内的2.5引力半径的快速旋转的黑洞。不包括相对论盘反射的吸收主导模型可以在统计和物理基础上被排除。
2013-02-27 astro-ph.HE
Circularization of Tidally Disrupted Stars around Spinning Supermassive Black Holes
本文采用后牛顿修正的三维光滑粒子流体动力学模拟方法研究了自旋超大质量黑洞束缚轨道上潮汐扰动星的圆化。我们的模拟表明，碎片圆化敏感地依赖于辐射冷却的效率。如果辐射冷却效率低，碎片循环有两个阶段：第一，恒星碎片流由于相对论性拱点进动而自相交;相交点处的激波使轨道能量热化，碎片在黑洞周围形成几何上厚的环状结构。环通过粘性扩散迅速扩展，导致形成几何厚度的吸积盘。相比之下，如果辐射冷却是有效的，恒星碎片由于自相交激波而形成圆形，并形成几何上薄的环状结构。在这种情况下，耗散的能量可以在碎片圆化过程中发射，作为随后的潮汐破裂耀斑的前兆。对于一颗1兆太阳质量的恒星绕着一个10^6兆太阳质量的黑洞旋转，其辐射能量可能达到~2*10^{52}尔格。我们还发现，一个逆行（反时针）的黑洞自旋的冲击引起的圆化时间尺度短（长）比一个非旋转的黑洞在两种冷却情况下。在辐射有效冷却的情况下，圆化时间尺度非常长，并且对黑洞自旋也很敏感。具体而言，Lense-Thirring扭矩引起动态重要的节点进动，这大大延迟了碎片的循环。另一方面，在辐射效率低的情况下，节点进动太慢而不能产生可观察的签名。我们还讨论了我们的模拟和抛物线的TDEs，大多数恒星潮汐中断的特点之间的关系。
2016-09-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
A spinning supermassive black hole binary model consistent with VLBI observations of the S5 1928+738 jet
甚长基线干涉测量（VLBI）可以对相对论性喷流进行高分辨率和高灵敏度的观测，这可以揭示其结构中几年的周期性。我们进行了分析的长期VLBI数据的类星体S5 1928+738的螺旋结构投影到天空的平面上的几何模型。我们通过射流轴线的倾角和位置角来监测射流轴线的方向。我们将S5 1928+738喷流内部2毫角秒倾角的变化分解为振幅约为0.89度的周期项和以约0.05度/年的速率线性减小的趋势。我们还将位置角的变化分解为振幅为~3.39度的周期项和以~0.24度/年的速率线性增加的趋势。我们解释的周期性成分所产生的轨道运动的一个双黑洞在喷流底部的吸气和推导出的质量比和分离的校正值从累积的18年的VLBI数据。然后，我们确定的线性趋势的变化，由于缓慢的重新取向的喷流发射器黑洞的自旋引起的自旋-轨道进动，我们确定的进动周期T_SO=4852+/-646年11月的更大质量的黑洞，作为喷流发射器。我们的研究提供了迹象，首次从VLBI喷流运动学，喷流发射黑洞的旋转性质。
2014-09-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Blindly Detecting Merging Supermassive Black Holes with Radio Surveys
超大质量黑洞大概是在整个宇宙时间里通过无数次的合并而成长起来的。在每一次合并过程中，超大质量黑洞双星都被一个环绕双星的吸积盘所包围，这个吸积盘施加了一个显著的磁场（对于1 e8 Msun的双星来说，这个磁场约为1 e4 G）。双星在磁场中的运动将把磁场能量转化为坡印廷通量，其光度约为1 e43 erg/s（B/1 e4 G）^2（M/1 e8 Msun）^2，其中一些可能以频率接近1 GHz的同步辐射形式出现，这正是当前和计划中的宽场射电观测所要进行的。我们发现，许多合并的短时间尺度将限制他们的可探测性与大多数计划的盲测<1每年在整个天空，独立的发射过程和通量分布的细节。包括对无线电通量的乐观估计使得检测的可能性更小，整个天空每年的合并<1次。然而，宽场无线电仪器可能能够定位合并前通过引力波识别的系统。此外，无线电巡天可能能够探测到双星运动产生的较弱的辐射，因为它在合并之前受到自旋轨道进动和螺旋运动的调制。
2011-05-18 astro-ph.HE
Signatures of a spinning supermassive black hole binary on the mas-scale jet of the quasar S5 1928+738 based on 25 years of VLBI data
利用跨越25年、共72个历元的15 GHz VLBA观测，研究类星体S5 1928+738喷流的周期与单调进动，通过增强模型约束黑洞双星质量比并将自旋进动速度误差减半。
2023-10-04 astro-ph.HE gr-qc
Relativistic Roche problem for stars in precessing orbits around a spinning black hole
本文利用张量维里方程研究绕克尔黑洞倾斜进动轨道上的恒星，发现其在典型天体物理参数下可能发生共振，从而揭示潮汐瓦解极限之前存在一种新的不稳定性。
2024-07-04 astro-ph.HE gr-qc
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
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
Retrograde Accretion and Merging Supermassive Black Holes
我们研究了一个环双星气盘是否能合并一个位于星系中心的超大质量黑洞双星系统。已知这对于一个可调盘来说是有问题的。我们表明，相比之下，与逆行的circumbinary盘的相互作用是相当有效的收缩的二进制，因为没有轨道共振。双星直接吸收负角动量从环双星盘通过捕获气体到磁盘周围的次级黑洞，或磁盘周围的两个孔，如果双星质量比接近1。在许多情况下，双星轨道变得偏心，随着偏心率的增加，近心点距离缩短。在所有情况下，双星一旦吸收了与次级黑洞相当的气体质量的角动量，就会合并。重要的是，这个结论是不受影响的，即使通过光盘的气体流入率是正式的超级-爱丁顿为任何一个孔。因此，合并的时间尺度总是$\sim M_2/\dot M$，其中$M_2$是次级黑洞的质量，$\dot M$是通过环双星盘的流入速率。
2010-11-08 astro-ph.HE
Tidal heating as a discriminator for horizons in extreme mass ratio inspirals
经典黑洞的定义性特征是它是一个完美的吸收体。任何表明其他情况的证据都将表明与标准黑洞图片的背离。黑洞视界对能量和角动量的吸收是双星潮汐加热的原因。这种效应在围绕旋转超大质量物体的极端质量比螺旋的最后阶段特别重要，这是未来LISA任务的主要目标之一。我们研究了这种效应如何可以用来探测超大质量物体的性质在一个模型独立的方式。我们计算了轨道退相和引力波信号发射的点粒子在圆周，赤道运动围绕旋转的超大质量物体的质量比领先的顺序。中心物体吸收的缺失会显著影响引力波信号，特别是在高自旋时。这种效应将使我们有可能在${\cal O}(0.01)\%$的水平上，对外来致密天体的反射率设定一个无与伦比的上限。这个严格的界限将排除在超大质量双星合并的振铃中观察到回声的可能性。
2020-01-14 astro-ph.HE gr-qc
Observational Properties of Near-Maximally Spinning Supermassive Black Holes
University of Virginia（弗吉尼亚大学）；Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）；Black Hole Initiative at Harvard University（哈佛大学黑洞倡议项目）
研究通过广义相对论磁流体力学模拟，探讨自转参数接近1的黑洞吸积流特性，发现不同自转参数模拟结果相似，提出通过扩展的事件视界望远镜区分不同自转模型的可能方法。
2026-04-21 astro-ph.HE
Formation and Coalescence of Cosmological Supermassive Black Hole Binaries in Supermassive Star Collapse
我们研究可能在早期宇宙中形成的快速旋转的超大质量恒星的坍缩。通过使用三维广义相对论流体动力学和完全动态时空演化自洽地模拟坍缩开始的动力学过程，我们证明了祖先中的种子扰动可以导致两个高自旋超大质量黑洞系统的形成，在强烈的引力辐射的辐射下，它们螺旋式地旋转并合并，10与DECIGO或大爆炸观测引力波天文台，假设超大质量恒星的质量范围在10^4-10^6 Msol。残余物以无量纲自旋a^*=0.9快速旋转。周围的吸积盘包含约10%的初始质量。
2013-09-20 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The effect of background matter on the spin oscillations of neutrinos scattered by the supermassive black hole
本文研究被旋转Kerr黑洞引力散射的中微子在吸积盘运动物质中的自旋振荡，通过数值模拟分析吸积盘同向与反向旋转情形，并简要讨论结果。
2025-04-10 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Relativistic reflection spectra of super-spinning black holes
我们在非Kerr时空中构造了一个相对论反射模型，在这个模型中，依赖于度规的形变参数，存在具有自旋参数$|a_*| > 1$的黑洞解.我们应用我们的模型来拟合四个Seyfert星系（Ton S180，Ark 120，1H 0419 -577和Swift J0501.9-3239）的朱雀数据。这些星系的中心超大质量黑洞，以前被解释为接近极端的克尔黑洞。对于Ton S180和1H 0419 -577，我们的测量结果仍然与Kerr假设一致。对于Ark 120和Swift J0501.9-3239，在3- $σ$处未回收克尔溶液。我们讨论了我们的结果和模型中可能存在的系统不确定性。
2020-05-20 astro-ph.HE gr-qc
Slowly Decaying Ringdown of a Rapidly Spinning Black Hole: Probing the No-Hair Theorem by Small Mass-Ratio Mergers with LISA
本文通过计算小质量比并合产生的引力波信号，研究LISA对快速旋转超大质量黑洞铃宕中多个准正规模式的可测量性，证明其有利于探测叠加模式和检验无毛定理。
2023-11-30 astro-ph.HE gr-qc
A Magnetic Unification of Merging Supermassive Black Hole Binaries
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所）；Department of Astronomy, Columbia University（哥伦比亚大学天文学系）；Department of Physics, Columbia University（哥伦比亚大学物理系）
本研究提出二维伪牛顿框架统一合并超大质量黑洞双星的电磁特征，发现磁场强度主导合并信号，为观测约束磁化提供新途径。
2026-09-23 astro-ph.HE
Habitable zones around almost extremely spinning black holes (black sun revisited)
我们分析了假设的系外行星在非常低的开普勒圆形轨道上的热力学，这些轨道靠近快速旋转的超大质量黑洞。这样的黑洞系外行星被强烈的蓝移和聚焦通量的传入宇宙微波背景（CMB）加热，并被包含黑洞阴影的局部天空的冷部分冷却。这就产生了温差，这可能会导致居住在黑洞系外行星上的假设生命形式远离热力学平衡的过程，类似于行星被母恒星的辐射加热而被夜空冷却的情况。我们发现，对于很低的开普勒圆轨道的半径范围很窄，非常高的自旋的超大质量黑洞，黑洞系外行星的温度制度对应于标准恒星周围的宜居带。因此，黑洞系外行星的热力学原理并不排除基于已知生物学的生命的存在。加热系外行星的CMB的多黑体光谱轮廓的峰值位于紫外波段，但很大一部分通量也在可见光和红外波段。在宜居带内运行的类地系外行星，要确保其能抵抗潮汐扰动，黑洞的最小质量估计为$1.63 \cdot 10^8 \, m_{\odot}$。
2020-01-29 astro-ph.EP astro-ph.HE gr-qc
Final stage of merging binaries of supermassive black holes: observational signatures
人们对双超大质量黑洞（SMBH）的兴趣越来越大，但在观测中，分离小于~1光日（10^8 Msun的引力半径为~10^2）的合并双星在引力波的控制下迅速演化，是难以捉摸的。在本文中，我们讨论了三个区域的组成SMBH周围的迷你盘的命运：1）低速率（对流主导吸积流（ADAF）），2）中等速率，3）超爱丁顿吸积率。具有中间速率的微型盘通过热电晕的热传导进行蒸发，形成混合径向结构。当双星轨道周期小于蒸发小圆盘的声传播时间尺度时，由于圆盘将被高度扭曲而被破坏，因此出现了一种新的不稳定性，称为声不稳定性。我们证明了小圆盘的声不稳定性与A_{crit} ~10^2 Rg的临界分离，并且腔中充满了热气体。对于这些二进制，组件SMBH的吸积与邦迪模式的ADAF制度，显示周期性的变化所造成的多普勒增强效应的无线电从ADAF由于轨道运动。与此同时，环双星盘（CBD）仍然没有足够的热（紫外赤字）来产生光子来吸收气体以获得宽发射线。当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，而当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，而当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，而当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，CIV线出现。此外，如果CBD与二元平面不对准，则预期具有约十倍射电周期的光学周期变化。
2022-11-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Decoupling of a supermassive black hole binary from its magnetically arrested circumbinary accretion disk
该研究首次模拟了磁捕获环双星吸积盘中超大质量黑洞双星的解耦过程，揭示了三阶段演化及磁通量爆发，对多信使瞬变有重要意义。
2024-10-30 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Waves from Disks Around Spinning Black Holes: Simulations in Full General Relativity
我们提出了完全广义相对论数值演化的自引力环面周围的旋转黑洞与无量纲自旋$a/M = 0.7$平行或反平行的磁盘角动量。最初的磁盘是不稳定的流体动力学Papaloizou-Pringle不稳定性，导致他们成长持久的轨道物质团块。评估了黑洞自旋对不稳定性增长和饱和的影响。我们发现，不稳定性的行为类似于以前的模拟与非自旋黑洞，由于自旋引起的磁盘轨道周期的变化，在频率上的偏移。这些系统产生了大量的引力波，我们分析了当前和未来的引力波观测站在大质量范围内的可探测性。我们发现，$10 M_\odot$系统-相关的黑洞-中子星合并-是可探测的宇宙探测器到$\sim300$ Mpc，而DECIGO（LISA）将能够检测系统的$1000 M_\odot$（$10^5M_\odot$）-相关的磁盘形成的坍缩超大质量恒星-宇宙学红移的$z\sim5$（$z\sim 1$）。计算这些系统的吸积率，我们发现，这些系统也可能是符合电磁信号的有前途的来源。
2020-11-08 astro-ph.HE gr-qc
Accretion, Jets, and Recoil in a Merging Supermassive Black Hole Binary: A Prompt Electromagnetic Postmerger Counterpart for LISA
Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院）
该研究通过三维广义相对论磁流体模拟，发现并合超大质量双黑洞的反冲遗骸能产生持续数小时的瞬态电磁辐射，为LISA探测提供并合后对应体。
2026-09-10 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Extreme mass-ratio inspirals around a spinning horizonless compact object
本文研究了围绕自旋无视界致密天体的极端质量比旋近，通过求解Teukolsky方程计算引力波信号，发现无视界结构会显著影响引力波相位，EMRIs可对天体反射率施加严格约束，为量子黑洞视界模型提供检验。
2021-11-10 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
X-ray view of a merging supermassive black hole binary candidate SDSSJ1430+2303: Results from the first ~200 days of observations
最近，我们在附近的塞弗特星系SDSS J1430+2303中发现了一个前所未有的超大质量黑洞双星（SMBHB）候选者，预计将在三年内合并。X射线光谱学可能会为最后的吸气阶段带来独特的运动学证据，当双星过于接近，以至于它们中的每一个都无法保持单独的宽线区域时。我们试图从全面的X射线观点确认独特的SMBHB合并事件并理解相关的高能过程。我们用XMM-Newton、NuSTAR、Chandra和Swift观测了SDSS J1430+2303，时间跨度为发现后的前200天。X射线变异性，高达7倍，已被检测到的时间尺度上的几天。从0.2-70 keV的宽带光谱可以很好地拟合由一个温暖的吸收体覆盖的幂律和相对论反射的模型。暖吸收体的性质发生了巨大的变化，例如，在两次相隔仅19天的XMM-牛顿观测之间，视线速度从~0.2c降低到~0.02c，这在SMBHB的背景下可以自然地理解;虽然，cloudful风情景不能完全排除。广泛的Fe Kalpha发射已被稳健地检测到，虽然它的速度变化或轮廓的变化还无法测量。更长时间的X射线观测是非常值得鼓励的，以探测双星的预期轨道运动。
2022-09-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
Probing the Spins of Supermassive Black Holes with Gravitational Waves from Surrounding Compact Binaries
合并的致密黑洞（BH）双星可能存在于超大质量黑洞（SMBH）周围的核星团中，如Sgr A $^\ast$。它们也可能形成于活动星系核的吸积盘中。这种紧凑的双星可以发射低频带（0.001-1 Hz）的引力波（GW），可以被几个计划中的星载GW天文台探测到。我们表明，紧凑的二进制的轨道轴可能会经历显着的变化，由于与SMBH的自旋的帧拖动效应。轨道轴的动力学行为可以被理解为一种共振现象。我们表明，二进制轨道轴的变化率编码的SMBH的自旋信息。因此，从SMBH周围的致密双星中探测GW，特别是与双星轨道轴变化相关的波形调制，可以为SMBH的自旋提供新的探测。
2022-01-24 astro-ph.HE gr-qc
NGC 6240 Supermassive Black Hole Binary dynamical evolution based on Chandra data
我们的主要工作是根据Chandra空间天文台的X射线观测资料估算NGC 6240中心的双超大质量黑洞（SMBH）系统的物理合并时间。北方和南方的核的光谱拟合光谱模型从夏尔巴和都提出了铁K $α$发射线的窄组件。它使我们能够将光谱模型应用于这些线，并找到相对偏移量$\approx0.02$ keV。对NGC 6240中心区半径为1kpc的封闭动力学质量进行了$\approx 2.04\times 10^{11} \rm\; M_{\odot}$估计。这些数据使我们能够进行高分辨率的直接N体模拟与牛顿和后牛顿（$2.5\mathcal{PN}$校正）动力学为这个特定的双SMBH系统。因此，从我们的数值模型，我们近似的中央SMBH二进制合并时间为不同的二进制偏心率。在我们的数值参数范围内，即使对于非常小的偏心率，合并时间的上限仍然低于$\approx70$百万年。在最后的合并阶段，可以使用脉冲星定时阵列（PTA）项目检测到来自此类事件的引力波形和幅频图像。
2022-10-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
Post-Newtonian Dynamics in Dense Star Clusters: Highly-Eccentric, Highly-Spinning, and Repeated Binary Black Hole Mergers
我们提出了现实的球状星团模型与后牛顿动力学的黑洞。通过模拟孤立双星中的相对论加速度和引力波发射，以及在三体和四体相遇过程中，我们发现近一半的双星黑洞合并发生在星团内部，其中约10%的合并进入LIGO/Virgo带，偏心率大于0.1。星系团内的合并导致了第二代黑洞的诞生，这些黑洞具有更大的质量和高自旋，根据黑洞的出生自旋，有时可以保留在星系团中并再次合并。因此，无论大质量恒星形成的黑洞的诞生自旋如何，球状星团都可以产生具有可检测自旋的合并双星。这些第二代黑洞也会填充由对不稳定超新星产生的任何上部质量间隙。
2018-03-14 astro-ph.HE gr-qc
Waveforms and Fluxes of Generic Extreme-Mass-Ratio Inspirals with a Spinning Secondary
State Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台射电天文与技术重点实验室）；School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学天文与空间科学学院）；School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（中国科学院大学杭州高等研究院基础物理与数学学院）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
本文研究了自旋次级物体在 Kerr 背景下的 EMRI 波形与辐射，通过线性自旋近似推导了轨道平均的运动常数方程，为生成包含次级自旋的波形提供了可行路径。
2026-07-16 astro-ph.HE gr-qc
Probing the progenitors of spinning binary black-hole mergers with long gamma-ray bursts
长时间的伽马射线暴被认为与快速旋转的大质量恒星的核心坍缩和黑洞的形成有关。然而，恒星内部有效的角动量传输，目前支持的小行星地震和引力波的约束，导致主要是缓慢旋转的恒星核心。在这里，我们报告的二进制恒星演化和人口合成的计算，表明在紧密的双星潮汐相互作用不仅可以解释所观察到的子人口的旋转，合并的双黑洞，但也导致长伽马射线暴在黑洞形成的时间。鉴于我们的模型校准对发光长伽马射线暴的各向同性等效能量的分布，我们发现，约10%的GWTC-2报告的双黑洞有一个发光的长伽马射线暴与他们的形成，与GW 190517和GW 190719的概率分别为85%和60%，其中。此外，考虑到它们的平均射束分数的假设，我们的模型预测了源自该通道的长伽马射线暴的速率密度，作为红移的函数。对于一个恒定的光束分数$f_\mathrm{B}\sim 0.05$我们的模型预测率密度与观察到的，在整个红移范围内，而在红移$z \in [0,2.5]$，与所观察到的LGRB宿主星系的金属丰度分布的初步比较意味着，20%至85%之间的观测到的长伽马射线暴可能起源于合并二进制黑洞的祖先。在观测到的发光的长伽马射线暴中，有一个潜在的重要部分与旋转的双黑洞合并的祖先之间存在联系，这使得我们能够在当代引力波观测站的视界之外探测后者，并达到宇宙学的距离。
2021-12-03 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Testing the rotational nature of the supermassive object M87* from the circularity and size of its first image
事件视界望远镜（EHT）合作最近发布了黑洞（BH）的第一张图像，为强场制度下的广义相对论测试打开了一扇新的窗口。在本文中，我们推导出M87*（在星系M87中心的超大质量物体）的性质的限制，利用它的阴影似乎是高度圆形的事实，并使用其角尺寸的测量。我们首先考虑假设M87* 是Kerr BH的简单情况。我们发现，对于无量纲转动参数$0.95 \lesssim a_* \leq 1$，M87* 的圆度不包括观测角为$θ_{\rm obs} \gtrsim 45^{\circ}$的Kerr黑洞，而对于$a_* \lesssim 0.9$，观测角是无界的.然后，我们考虑M87* 可能是一个超自旋体的可能性，即一个由克尔解描述的物体，它旋转得如此之快，以至于它由于具有$|a_*| > 1$而违反了克尔界限。我们发现，在参数空间的某些区域内，M87* 阴影的圆形度和大小并不排除这个物体可能是一个超自旋的可能性。
2019-08-15 astro-ph.HE gr-qc
Tidal Disruption Event Disks around Supermassive Black Holes: Disk Warp and Inclination Evolution
恒星围绕超大质量黑洞发生潮汐破裂事件后，束缚的恒星碎片迅速形成一个吸积盘。如果吸积盘与旋转的SMBH的赤道面不对齐，吸积盘将被驱动进入围绕SMBH的旋转轴的Lense-Thirring进动，可能影响TDE的光变曲线。我们进行了这样的磁盘的本征模分析，以了解磁盘的翘曲结构，进动和倾角演变的磁盘和SMBH的属性的影响。我们发现一个振荡翘曲可能会发展作为一个结果，强非开普勒运动附近的SMBH。全球磁盘的进动频率匹配的透镜-Thirring进动频率的刚性磁盘旋转黑洞周围的磁盘的吸积率高时，在几个因素，但在低吸积率显着偏离。粘性在几天到几年的时间尺度内将盘与SMBH的赤道平面对齐，这取决于盘的吸积速率，粘性和SMBH的质量。我们还研究了回退材料对TDE盘的翘曲演化的影响，发现回退扭矩使TDE盘与SMBH的赤道平面在几天到几十天内对齐。我们的研究结果的TDE排放依赖于不断变化的磁盘方向的视线来解释观测模型的限制。
2019-06-11 astro-ph.HE
Maximally Rotating Supermassive Stars at the Onset of Collapse: The Perturbative Effects of Gas Pressure, Magnetic Fields, Dark Matter and Dark Energy
在宇宙学红移越来越大的类星体的发现可能有利于“直接坍缩”作为最有希望的形成超大质量黑洞的演化路线。在这种情况下，超大质量黑洞形成时，它们的祖先-超大质量恒星-变得不稳定的引力坍缩。对于由纯辐射压力支撑的、在质量脱落极限下旋转的均匀旋转恒星，坍缩开始时的临界位形由无量纲自旋和半径参数$J/M^2$和$R/M$的普适值表征，与质量$M$无关。我们考虑气体压力，磁场，暗物质和暗能量对这些参数的微扰效应，从而确定这种普遍性的有效性域。我们得到的关键参数的领导阶修正，并建立其标度与相关的物理参数。我们比较了两种不同的方法来近似气体压力的影响，这起着最重要的作用，找到相同的结果，上述无量纲参数，也发现与最近的数值结果很好的协议。
2018-07-26 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The Powers of Relativistic Jets depend on the Spin of Accreting Supermassive Black Hole
理论模型表明，活动星系核的相对论喷流的功率取决于中心超大质量黑洞的自旋和质量，以及吸积。在这里，我们报告一个样本的耀变体的档案观测分析。我们发现喷流动力学功率和超大质量黑洞的自旋之间存在显著的相关性。同时，我们利用多元线性回归分析了喷流动能与吸积、自旋和黑洞质量之间的关系。我们发现，超大质量黑洞的自旋和吸积是对喷注动能的最重要贡献。超大质量黑洞的自旋和吸积的贡献率均大于95%。这些结果表明，超大质量黑洞的自旋能量为相对论喷流提供动力。几乎所有费米耀变体的喷流产生效率都可以用围绕在快速旋转的黑洞周围的中等厚度的磁制动吸积盘来解释。
2021-04-09 astro-ph.HE
Energy Extraction from Spinning Stringy Black Holes
本文首次对弦论Kerr-Sen时空黑洞进行磁化等离子体数值模拟，验证BZ机制在替代引力理论中仍有效，并发现非旋转弦论黑洞可通过吸积释放引力势能产生比史瓦西黑洞强约250%的外流，且其近极端非Kerr黑洞可被视界尺度干涉图像排除。
2023-10-30 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
The Bardeen-Petterson effect, disk breaking, and the spin orientations of supermassive black-hole binaries
超大质量黑洞双星的合并是由动力学摩擦、单个恒星的损失锥散射、盘迁移和引力波发射驱动的。预计有两种主要的形成情况。在缺乏气体的星系环境中形成的双星不会经历盘迁移，并且可能进入具有大致各向同性自旋方向的引力波主导阶段。相比之下，在富含气体的星系环境中演化的双星可能会经历显著的盘吸积阶段，其中Bardeen-Petterson效应使黑洞的自旋与盘的轨道角动量对齐。然而，如果吸积盘破坏了对齐，则预期对齐将被强烈抑制--这是最近显示在参数空间的大部分中发生的现象。本文首次建立了一个考虑盘破裂影响的超大质量黑洞双星气体驱动迁移和自旋排列的半解析模型。我们的模型预测不同的二进制亚群的发生取决于自旋对齐的效率。这意味着未来对合并黑洞的引力波观测可能被用于（i）区分富气和贫气宿主，以及（ii）限制扭曲的吸积盘的动力学。
2023-02-02 astro-ph.HE gr-qc
Extreme Love in the SPA: constraining the tidal deformability of supermassive objects with extreme mass ratio inspirals and semi-analytical, frequency-domain waveforms
本文通过未来LISA任务对一个超大质量致密天体inspiral~（EMRI）的极端质量比的探测，对该天体的勒夫数潮汐测量精度进行了评估。非零的勒夫数将是偏离广义相对论经典黑洞预测的确凿证据。我们发现，一个EMRI检测LISA可以设置约束的潮汐勒夫数的旋转中心对象与无量纲自旋$\hat a=0.9$（$\hat a=0.99$），这是大约四（六）个数量级更严格的比目前的地面探测器的恒星质量的双星。我们的方法是基于固定相位近似，以获得近似的，但准确的半解析的EMRI波形在频域中，这大大加快了高精度的费舍尔信息矩阵的计算。这种方法可以很容易地扩展到其他几个重力与EMRI测试，并有效地考虑在同一时间的波形中的多个偏差。
2022-07-15 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
A Highly Spinning and Aligned Binary Black Hole Merger in the Advanced LIGO First Observing Run
我们在公开的LIGO首次观测运行（O1）数据发布中报告了一个新的二元黑洞合并。在我们开发的新的独立分析管道中，在检测器帧啁啾质量范围$\mathcal{M}^{\rm det} \in [20,40]M_\odot$中，该事件的反向误报率为每六年一次。我们对该事件是天体物理起源的概率的最佳估计是$P_{\rm astro} \sim 0.71\, .$。估计的事件的物理参数表明，它是两个大质量黑洞的合并，$\mathcal{M}^{\rm det} = 31^{+2}_{-3}\,M_\odot$与一个有效的自旋参数，$χ_{\rm eff} = 0.81^{+0.15}_{-0.21}$，使这成为迄今为止报道的最高自旋合并。它也是迄今为止观测到的两个红移最高的合并之一。合并的高自旋支持了合并的双黑洞可以通过双恒星演化产生的假设。
2019-03-19 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
A Second Decoupling Between Merging Binary Black Holes and the Inner Disc--Impact on the Electromagnetic Counterpart
两个超大质量黑洞（SMBH）的合并会产生强大的引力波（GW）辐射，如果附近存在气体，还会产生电磁（EM）辐射。在标准的图像中，当双星从环双星盘中“挤压”出来并开始在次级轨道内“挤压”盘时，会产生EM爆发，导致其快速吸积到主黑洞上。在这里，我们使用分析论证和数值模拟来表明，SMBH约$20~R_S$内的圆盘在合并中幸存下来，而不会被耗尽。其原因是“第二次解耦”：由于潮汐加热和低效冷却，内部圆盘变厚，有效地与双星的相互作用解耦。我们表明，这第二次去耦淬火盘${\cal O}(10^2)$天聚结前的热源。这将使峰值UV/X射线光度明显弱于以前的想法。合并后，残留的圆盘冷却并膨胀，与外圆盘合并，而不是完全吸积。这导致连续的EM发射，阻碍了早期研究中提出的截止和重新变亮的检测。
2016-10-28 astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic Signatures from Supermassive Binary Black Holes Approaching Merger
我们提出完全相对论性的预测电磁辐射产生的吸积盘周围的旋转和非旋转的超大质量的二进制黑洞合并的边缘。我们使用代码Bothros后处理数据从三维广义相对论磁流体动力学模拟通过射线追踪计算。这些模拟对环联星盘和迷你盘的动力学进行了建模，这些迷你盘围绕两个质量相等的黑洞以20个引力半径的初始间距绕着彼此运行，并使系统在螺旋区域中演化超过10个轨道。我们模型的排放量的总和的热黑体辐射的光学厚吸积盘和幂律谱延伸到硬X射线发射的热光学薄日冕。我们产生的随时间变化的光谱，图像和光变曲线在不同的频率调查固有的周期性信号的排放，以及黑洞自旋的影响。我们发现，由于较小的最内层稳定圆轨道角动量需要更多的耗散之前，物质暴跌到地平线上的黑洞自旋使迷你磁盘更明亮。然而，与具有旋转黑洞的较大分离双星中的迷你盘相比，我们的迷你盘不那么明亮：与那些系统不同，它们的质量吸积率低于环双星盘，并且它们的辐射效率较低，因为它们的流入时间较短。与质量和吸积率匹配的单个黑洞系统相比，这些双星在紫外线下的光谱明显较弱且较软。最后，我们讨论了这些系统的潜在的可观测性，我们的研究结果的影响。
2022-04-15 astro-ph.HE
Gravitational scattering of spinning neutrinos by a rotating black hole with a slim magnetized accretion disk
本文研究了中微子在旋转的超大质量黑洞中的引力散射，黑洞周围是一个薄的吸积盘，周围有一个真实的磁场。中微子被认为是具有非零磁矩的狄拉克粒子。中微子沿着任意轨道运动，入射通量平行于赤道平面。我们精确地解释了引力和磁场对中微子运动和自旋演化的影响。用准经典方法证明了在任意引力场中粒子散射时超相对论中微子的螺旋度为常数的一般命题。我们发现在弯曲时空中，考虑到中微子的自旋旋进，在外场中的中微子的可测量的通量。这些通量被证明是显着抑制系统的某些参数。最后，我们讨论了在我们的银河系中观测到预言的核坍缩超新星中微子现象的可能性。
2022-11-23 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
High-energy signatures of binary systems of supermassive black holes
上下文由超大质量黑洞组成的双星系统在合并之前被认为是长引力波的强源。这些系统是用即将到来的空间探测器进行观测的良好候选系统。然而，迄今为止，只有少数这些系统得到了确定。目的。我们的目的是提供一个标准的基础上的高能量发射的相对论性喷流发射的两个黑洞中最大的质量的特点，一些超大质量黑洞双星的识别。方法.我们研究了超大质量黑洞双星，其中质量较小的黑洞在环双星盘上刻了一个环形间隙，但仍然有一个稳定的质量流穿过它的轨道。在某些区域，这样的扰动盘比标准的薄盘更热，更亮。假设喷流中含有相对论性电子，我们计算了其宽带谱能量分布，重点是盘光子的逆康普顿上散射。我们还计算了不透明度的伽玛射线在射流中产生的光子湮灭与磁盘辐射，并考虑到从射流中看到的目标光子场的各向异性的影响。结果我们发现，过量的低能量光子辐射的扰动盘导致的增量在外部康普顿发射的射流在X射线波段，和深吸收功能的能量为几十TeV的一些参数。根据我们的研究结果，切伦科夫望远镜的观测可能有助于识别超大质量黑洞双星，特别是那些拥有太阳质量从数千万到数亿的原色的黑洞双星。
2016-02-25 astro-ph.HE gr-qc
Lense-Thirring precession around supermassive black holes during tidal disruption events
当一颗恒星漫游到足够接近黑洞的地方，被它的潮汐力扰乱时，就会发生潮汐破坏事件（TDE）。潮汐破裂恒星的碎片预计将在超大质量黑洞周围形成一个吸积盘。这些事件的光变曲线有时显示出准周期性的通量调制，这可能与由于透镜-瑟林（“框架拖曳”）效应而导致的吸积盘的进动有关。由于恒星的初始轨道通常相对于黑洞的旋转是倾斜的，这种不对准加上透镜-瑟林效应导致了圆盘的扭曲。在本文中，我们提供了一个简单的系统模型，该系统由围绕旋转的超大质量黑洞的厚而窄的吸积盘组成，目的是：（a）计算作为系统参数的函数的预期进动周期，（b）讨论为了具有刚性进动而必须满足的条件，（c）研究对准过程，突出了不同的机制如何发挥作用，导致光盘和黑洞角动量对齐。
2015-10-16 astro-ph.HE
Finding Supermassive Black Hole Binary Mergers in Pulsar Timing Array Data
Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）
本文提出利用完整波形模型在脉冲星定时数组数据中搜索超大质量黑洞二元体合并，通过模拟数据验证了参数估计方法，并指出记忆效应的简化模型会导致偏误。
2026-04-16 astro-ph.HE gr-qc
Circumbinary Disk Accretion into Spinning Black Hole Binaries
超大质量黑洞双星很可能通过环双星盘吸积星际气体。在合并前不久，环双星盘的内部受到广义相对论效应的影响。为了研究这一制度，我们近似的时空度规的近轨道黑洞叠加两个提升克尔-Schild条款。在证明了这种近似的质量后，我们对环双星盘进行了长期的广义相对论磁流体动力学模拟。我们考虑自旋无量纲参数为0.9的黑洞，在一个模拟平行的轨道角动量的二进制，但在另一个反平行。这些与无自旋模拟形成对比。我们发现，对于一个固定的表面质量密度在内部circumbinary磁盘，对齐的自旋这个幅度大约减少了14%的质量吸积率和反对齐的自旋增加了45%，留下许多其他磁盘属性不变。
2021-05-11 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
