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
Stellar Encounter Rate in Galactic Globular Clusters
球状星团核心的高恒星密度导致了显著的恒星相互作用。这些恒星间的相互作用可以产生包含致密天体及其后代的近距离双星质量传递系统，例如X射线双星和射电毫秒双星。比较这些系统的数量和不同集群中的相互作用速率，推动我们了解集群参数如何影响密近双星的产生。在本文中，我们估计恒星相遇率（伽马）的基础上观测数据的124个银河系球状星团，而不是以前采用的方法，假设“国王模型”的配置文件的所有集群。通过反投影星系团表面亮度轮廓来估计亮度密度轮廓，我们以相同的方式处理“国王模型”和“核心塌陷”星系团。此外，我们使用蒙特卡罗模拟调查的各种观测参数（距离，红化，表面亮度）的不确定性对伽玛的影响，产生的第一个目录GC恒星的遭遇率估计误差。将我们的结果与已发表的恒星相互作用的可能产物（X射线双星的数量，射电毫秒双星的数量和伽马射线光度）的观测结果进行比较，我们发现与已发表的结果既有明确的相关性，也有一些差异。
2013-02-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
A Chandra Survey of Milky Way Globular Clusters II: Testing the Hills-Heggie Law
双星-双星和双星-双星相遇在星团的演化中起着关键作用，因为它们可能导致双星的破裂或硬化，这是希尔斯-赫吉定律的一个新预测。基于我们最近对银河系球状星团（GCs）的{ \it Chandra}调查，我们重新审视了GCs中恒星动力学相互作用的作用，重点关注主序星（MS）双星相遇作为GCs中观测到的X射线源的潜在形成通道。我们发现，累积X射线光度（$L_X$），在一个给定的GC中的X射线发射双星（主要是激变变量和日冕活动双星）的总数的代理，是高度相关的MS二进制遇到率（$Γ_{b}$），作为$L_X \propto Γ_{b}^{0.77\pm0.11}$。我们进一步测试希尔斯-赫吉定律对{ \it二进制硬度比}，定义为相对数量的X射线发射硬二进制MS二进制和近似的$L_{X}/(L_{K}f_{b})$，与$L_{K}$是GC K-波段光度和$f_b$的MS二进制分数。我们证明了大多数GC的双星硬度比大于太阳邻体星的硬度比，并且与星团特定相遇率（$γ$）呈正相关，即$L_{X}/(L_{K}f_{b}) \propto γ^{0.65\pm0.12}$。我们还发现了一个很强的相关性之间的二元硬度比和集群速度分散（$σ$），与$L_{X}/(L_{K}f_{b}) \propto σ^{1.71\pm0.48}$，这是符合希尔斯-Heggie定律。我们讨论了在核星团的背景下，二进制遇到的…
2018-10-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Orbital evolution of LIGO/Virgo binaries in stellar clusters driven by cluster tides, stellar encounters and general relativity
针对LIGO/Virgo引力波双星起源，提出同时考虑星团潮汐、恒星交会与广义相对论的数值框架BESC，追踪双星内外轨道演化并展示不同物理过程的相对贡献。
2023-10-23 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Stellar binaries incident on supermassive black hole binaries: implications for double tidal disruption events, calcium-rich transients, and hypervelocity stars
通过大量的引力散射实验，分析了恒星双星与超大质量黑洞双星相互作用的结果。大多数的相遇要么导致完整的双星被抛出，要么导致双星潮汐分裂后两颗独立的恒星被抛出。然而，潮汐破坏事件（TDE）和合并只占结果的百分之几，并且是时间上不同的TDE（即，被超大质量黑洞双星的至少一个轨道分开）发生在百分比水平。我们还表明，通过与SMBHB的相互作用，喷出的双星的属性显着改变，其大的偏心率增加合并率，并可能导致远离宿主星系核的引力波inspirals。我们讨论了我们的研究结果的背景下观察到的潮汐破坏事件，超高速恒星，和远程超新星，如富钙瞬变。
2018-08-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Stellar binaries in galactic nuclei: tidally stimulated mergers followed by tidal disruptions
研究了星系核团中双星与大质量黑洞的相互作用。我们认为双星的高度偏心轨道周围的MBH的变化，由于随机的引力相互作用与其他恒星的核星团。轨道的近心点进行随机游走，我们考虑的情况下，这种随机游走慢慢地带来的二进制的希尔斯潮汐分离半径（所谓的空损失锥制度）。然而，我们发现，在大多数情况下，预期的分离并没有发生，而是二进制的成员合并在一起。这是因为双星的偏心率是由与MBH的潮汐相互作用激发的，并且双星内部偏心率的相对偏移量远远超过其内部半长轴。这经常会使近心点间距减小到低于典型恒星直径的值，这会导致相当一部分这样的双星合并（在我们的数值实验中是$\gtrsim 75\%$）。恒星潮汐不会明显改变合并的总速率，但会使双星循环，导致低偏心率、低撞击速度合并的比例很大。一些恒星合并的产物将在$\sim 10^6$年内被MBH潮汐性地破坏。如果合并强烈地增强了合并产物的磁场，这个过程可以解释在一些潮汐破裂事件中观察到的快速相对论性喷流形成。
2017-03-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
Three-body encounters in black hole discs around a supermassive black hole: The disc velocity dispersion and the Keplerian tidal field determine the eccentricity and spin-orbit alignment of gravitational wave mergers
本研究用含3.5PN修正的TSUNAMI模拟SMBH圆盘中的四体交会，揭示速度弥散与开普勒潮汐场共同决定黑洞并合偏心率、发生率及自旋-轨道对齐。
2024-01-18 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Keplerian three-body encounter II. Comparisons with isolated encounters and impact on gravitational wave merger timescales
研究了由超大质量黑洞（SMBH）产生的开普勒潮汐场对恒星质量黑洞三体动力学的影响。我们考虑两种情况下发生的SMBH：不稳定的三元组和三体之间的二元和单一的遭遇破裂。这两种情况分别对应于硬二元情况和软二元情况。潮汐场通过潮汐限制系统来影响三元组的解体，使得三元组以较低的解体速度更早地解体，留下稍大的二进制（相对于孤立的情况）。破裂方向变得各向异性，并倾向于遵循三重峰的Hill区域的形状，有利于径向方向上的破裂。此外，潮汐场可以扭转系统，导致三重体和它围绕SMBH的轨道之间的角动量交换。这个过程改变了最终双星的性质，这取决于三元组的初始角动量。最后，潮汐场也会影响双星与单星的相遇：双星在单独相遇时，往往会变得更加坚硬和古怪。因此，在深开普勒势中的单双星散射产生了具有较短引力波合并时标的双星。
2019-09-25 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Eccentric black hole mergers and zoom-whirl behavior from elliptic inspirals to hyperbolic encounters
在数值相对论中，我们对非自旋的等质量和不等质量黑洞双星在一般偏心轨道上的参数进行了研究。所考虑的线性动量范围从圆形轨道的动量到该值的十倍。我们讨论了在双曲和椭圆区的变焦旋转行为的不同表现形式。双曲线数据集适用于动态捕获场景（例如在球状星团中）。椭圆区的演化对应于超大质量黑洞双星可能的终态。我们现场变焦旋转行为的偏心率低$e\sim0.5$，即在预期范围内的偏心率在大规模黑洞双星星系合并和双星星系中心附近。由此产生的重力波形揭示了丰富的结构，这将有效地打破参数空间中的退化，改善参数估计。
2012-09-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Analytic computation of the secular effects of encounters on a binary: third-order perturbation, octupole, and post-Newtonian terms; steady-state distribution
密集的恒星系统，如球状星团，被认为是合并的双黑洞（BH）的避难所。这种双星的演化是由与其他恒星的相互作用驱动的，最明显的是双星-单星的相互作用。传统上，所谓的“强”相互作用被认为是这一演变的驱动力。然而，我们最近表明，更遥远的，即，“弱”或“长期”的遭遇，可以有重要的影响合并BH双星的性质在球状星团。这激发了更详细地了解世俗遭遇对双星的影响。在另一篇以前的论文中，我们分析计算的偏心率和角动量矢量的变化的表达式，考虑到二阶（SO）微扰理论，并表明，对于高偏心双星，新的表达式引起的行为是不捕获的一阶（FO）理论。在这里，我们将我们以前的工作扩展到三阶（TO）微扰理论。我们还包括条款，并包括八极秩序。后者是非零的二进制不平等的组成部分的质量。此外，我们考虑后牛顿项的影响，我们确定的稳态分布由于长期遇到的累积效应，通过计算相关的角动量扩散系数，并应用福克-普朗克方程。结合我们以前的工作，本文的结果提供了一个框架，将遥远的遭遇对二进制的集群演化模型，如蒙特卡罗代码的影响。
2019-07-22 astro-ph.HE
Close Encounters of Wide Binaries Induced by the Galactic Tide: Implications for Stellar Mergers and Gravitational-Wave Sources
本文研究银河系潮汐和路过恒星扰动如何使宽双星偏心率发生极端振荡，导致成员近距离交会，从而显著贡献恒星碰撞和双黑洞并合率，为亮红新星和引力波事件提供解释。
2024-05-05 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Evolution and mergers of eccentric white dwarf binaries encountering intermediate-mass black holes
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
本研究通过三维流体动力学模拟，发现中等质量黑洞的近距离相遇能显著加速偏心白矮双星系统的并合，并影响其并合结果与角动量演化，从而定量改变此类双星系统的演化路径。
2026-09-18 astro-ph.HE astro-ph.SR
The Formation of Eccentric Compact Binary Inspirals and the Role of Gravitational Wave Emission in Binary-Single Stellar Encounters
离心双星的螺旋和合并导致引力波形不同于那些产生的圆形合并双星。动态环境可以组装具有高偏心率和{ \it LIGO}波段内的峰值频率的双星。在本文中，我们研究了发生在稠密恒星系统中的双星-单星散射，它是偏心螺旋双星的一个来源。在致密双星和单个物体之间的许多相互作用的特征是混沌共振，其中双星-单个系统在达到最终状态之前经历许多交换。在这些混沌共振期间，一对物体经历非常接近的通道的概率不可忽略。在这些近距离的通道中，引力波（GW）辐射会将大量的轨道能量和角动量从系统中带走，在某些情况下，这意味着一个比束缚的第三体的轨道周期更短的螺旋时间。我们通过分析论证和包括GW损失在内的数值散射实验，推导出了这种动态螺旋结果的截面。我们发现，动态吸气的横截面的增长与增加目标二进制半长轴，$a$，并为等质量的二进制它的规模为$a^{2/7}$。因此，我们预计，广泛的目标双星主要有助于生产这些相对论性的结果。我们估计，偏心inspirals约占百分之一的动态组装非偏心合并二进制文件。虽然这些事件是罕见的，我们表明，二进制单散射是一个更有效的形成渠道比单单捕获生产偏心吸气二进制，即使是适度的二进制分数。
2013-08-13 astro-ph.HE
Short gamma-ray bursts from dynamically-assembled compact binaries in globular clusters: pathways, rates, hydrodynamics and cosmological setting
我们提出了一个详细的评估的动力学途径，导致合并的紧凑对象在球状星团（GC）和短伽马射线暴（SGRB）的生产。我们认为原始的二进制，动态形成的二进制（通过潮汐两体和三体交换相互作用）和紧凑的对象（WD/NS/BH）的直接影响。我们表明，如果原始的二进制部分是小的，密切接触占主导地位的生产率合并紧凑的系统。我们发现，这两个占主导地位的渠道是相互作用的领域NS与动态形成的双星，两个机构遇到。然后，我们估计的红移分布和宿主星系的人口统计SGRB的祖先，并发现GC可以提供一个显着的贡献，整体观察到的速率。我们已经进行了流体动力学模拟与WD/NS/BH的近距离恒星相遇的演变，并表明，在占一个典型的SGRB的能量预算没有问题。每一次相遇的细节都是可变的，并导致有趣的多样性：相遇的特征取决于碰撞参量，与合并的情况相反;致密恒星本身的性质可以产生非常不同的结果;其中物质在稍后的时间落回到中心物体上的潮汐尾的存在是这些计算的鲁棒特征，所涉及的质量大于二元合并。因此，在这种情况下，一般可以解释能量释放的即时事件，以及许多动力学时间尺度之后的活动（删节）。
2010-07-26 astro-ph.HE
Post-Newtonian Dynamics in Dense Star Clusters: Formation, Masses, and Merger Rates of Highly-Eccentric Black Hole Binaries
使用国家的最先进的球状星团的动力学模拟，包括辐射反应在黑洞遇到和团簇形成的宇宙学模型，我们创建一个现实的人口动态形成的二元黑洞合并跨越宇宙空间和时间。我们发现，在本地宇宙中，这些双星的10%的形式作为在混沌共振遇到的结果之间的引力波发射的未绑定的黑洞，这些事件中大约有一半的偏心率检测到目前的地面引力波探测器。发生在星系团内部的合并通常比许多Gyrs前从星系团中喷出的双星质量要小。从球状星团捕获的引力波对本宇宙双星合并速率的贡献为1-2 Gpc^-3 yr^-1，在z~3处增加到~10 Gpc^-3 yr^-1。最后，我们讨论了一些技术上的困难与后牛顿散射遇到，以及如何小心必须采取测量的二进制参数在动态捕获。
2018-11-15 astro-ph.HE
Black Hole Mergers Induced by Tidal Encounters with a Galactic Centre Black Hole
我们讨论了恒星质量的黑洞（BH）合并引起的潮汐遇到一个大规模的BH在银河系中心或潜在的密集星团的属性。大质量黑洞对双星系统的潮汐破坏可以产生超高速恒星。然而，这样的潮汐相遇并不总是导致双星的分裂。由于幸存的双星往往会变得坚硬和古怪，这个过程原则上可以产生BH合并。对于最初的圆形双星，我们表明，引力波（GW）合并时间变得更短的一个因素比$10^{2}$（$10^5$）在$10\%$（$1\%$）的幸存的情况下。这种减少主要是由于在潮汐相遇时双星的离心率增加。我们还研究了幸存者的有效自旋，假设BH自旋最初与二进制轨道角动量对齐。我们发现，二进制取向可以翻转在相反的方向在潮汐遇到。对于具有大的合并时间缩减因子的幸存者，有效尾旋分布是相当平坦的。我们估计，由于潮汐相遇通道的合并率为$\sim 0.6\ \textrm{Gpc}^{-3}\textrm{yr}^{-1}$。这一机制不可能成为BH合并的主导形成渠道。然而，目前和不久的将来，GW观测站预计将检测到大量的BH合并。如果在大质量黑洞附近发现合并（例如，检测到GW透镜回波或之前的极端质量比爆发），这种机制将为它们的起源提供可能的解释。
2019-05-30 astro-ph.HE gr-qc
Really focused stellar winds in X-ray binaries
为了改进高质量X射线双星吸积模型，我们研究了双星星风的各向异性。我们的模型从一个超巨星组成部分的一个二进制的径向和三维辐射流体动力学近似考虑到罗氏势，科里奥利力，辐射压力的连续谱线和谱线的数值恒星风。科里奥利力对质量损失影响很大，因此也影响吸积速率。致密伴星的引力场对恒星风的聚焦导致伴星后面形成一条气态的尾巴。
2012-05-09 astro-ph.HE astro-ph.SR
The triple evolution dynamical instability: Stellar collisions in the field and the formation of exotic binaries
恒星之间的物理碰撞和近距离接近在奇异恒星系统的形成中起着重要作用。标准理论认为碰撞是罕见的，只发生在密集星团中恒星之间的随机相遇。我们提出了一个不同的形成途径，三重演化动力学不稳定性（TEDI），在不断发展的三星系统中的质量损失导致轨道不稳定性。随后恒星的混沌轨道演化引发了恒星组件之间的近距离相遇、碰撞和交换，以及偏心致密双星（包括天狼星状双星）的动态形成。我们证明，由于TEDI的恒星碰撞率约为10^{-4} yr^{-1}/银河系，这是近30倍，由于在银河系球状星团随机遇到的总碰撞率。此外，我们发现，占主导地位的恒星碰撞类型是定性不同的，大多数碰撞涉及渐近巨星分支星，而不是主序星，或稍微进化的恒星，占主导地位的碰撞球状星团。TEDI机制应该引导我们修正我们对碰撞的理解，以及在磁场中形成紧凑、偏心的双星。
2012-12-10 astro-ph.HE astro-ph.SR
Cas A and the Crab Were Not Stellar Binaries At Death
大多数大质量恒星都是双星，这意味着许多核心坍缩超新星（ccSNe）在爆炸时应该是双星。在这里，我们证明了三个最近的局部（视觉）SNe（螃蟹，CasA和SN 1987 A）不是双星，初始质量比q=M2/M1<0.1。之前没有为CasA和Crab设定数量限制，而对于SN 1987 A，我们只是根据粉尘含量的新估计更新了现有限制。这三颗ccSNe缺乏伴星，意味着在fb<44%的情况下，q>0.1的双星分数有90%的置信上限。在一个被动演化的二元模型中（意味着没有二元相互作用），具有平坦的质量比分布和Salpeter IMF，由此产生的初始二元分数F<63%的90%置信上限与观察到的大量二元统计数据相当紧张。允许相当一部分fM~25%的恒星双星合并会降低张力，F<63/（1-fM）~ 81%，但允许相当一部分高阶系统（三元组等）合并。重新引入了紧张气氛。CasA在死亡时不是一个恒星双星，这也表明一个大质量的双星伴星对于产生IIb型SNe并不是必需的。随着完整的盖亚自行和视差星表的发布，对银河系SNe的双星伴星进行更大规模的巡天将变得可行，这将为此类双星的统计数据及其在大质量恒星演化、中子星速度分布和逃逸恒星中的作用提供强有力的探测。
2017-01-11 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
On the disruption of pulsar and X-ray binaries in globular clusters
恒星相遇率Gamma与星团中X射线双星的数量以及射电双星的数量有很强的相关性。然而，在不同的集群中的脉冲星人口显示出显着不同的特点：在一些GC人口占主导地位的二元系统，在其他的单恒星和外来系统的结果，从交换遇到。在本文中，我们描述了球状星团的第二个动力学参数，一个双星的相遇率，γ。我们发现，这个参数提供了一个很好的表征不同的球状星团的脉冲星种群之间的差异。对于任何一个特定的球状星团，γ越高，观察到的相互作用和交换产物就越孤立。此外，我们还发现，缓慢而“年轻”的中子星几乎只出现在伽马值高的星团中;这表明，这类天体是由X射线双星的分裂形成的，从而停止了先前死亡的中子星的再循环。我们讨论了这对年轻中子星的性质和球状星团中中子星的形成的影响。
2013-10-17 astro-ph.HE astro-ph.SR
Close Encounters of Star - Black Hole Binaries with Single Stars
本文利用AREPO研究星-黑洞双星与单星的三体流体动力学交会，揭示五种结局，并重点分析潮汐瓦解、恒星碰撞及超爱丁顿吸积耀发等过程及其观测特征。
2023-07-10 astro-ph.HE astro-ph.SR
Theoretical expectations for high-mass X-ray binaries, supernova remnants, and their evolutionary paths: An overview talk for LIAC41: the eventful life of stellar multiples
本文为第41届列日国际天体物理研讨会特邀报告综述，回顾了中子星与黑洞作为恒星演化终产物的现有认知，并探讨了导致大质量X射线双星形成的演化路径。
2024-10-15 astro-ph.HE astro-ph.SR
Stochastic Gravitational Wave Background from Highly-Eccentric Stellar-Mass Binaries in the Milli-hertz Band
UCLA（加州大学洛杉矶分校）；Mani L. Bhaumik Institute for Theoretical Physics, Department of Physics and Astronomy, UCLA（加州大学洛杉矶分校物理与天文学系马尼·L·巴乌米克理论物理研究所）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, Parks Road, Oxford（牛津大学鲁道夫·派尔斯理论物理中心）
本文研究了毫赫兹波段高偏心（e≥0.9）恒星质量双星产生的随机引力波背景，发现其功率谱可能超过LISA仪器噪声，且主要由银河系内源主导，但通过有效搜索策略可将不可分辨噪声降低约两个数量级。
2026-05-27 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
The remains of a spinning, hyperbolic encounter
本文综述了最近提出的一种构造无束缚自旋致密双星的引力波（GW）偏振态的方法。通过这种相当简单的方法，我们能够包括由于主导阶自旋轨道相互作用的修正，在四极近似和半解析的方式。我们调用1.5后牛顿（PN）精确的准开普勒参数化的径向部分的动力学和PN精确的偏振态方程施加其时间演化。进一步，我们计算了双曲轨道上非自旋紧双星偏振态的1PN精确振幅修正。作为一个有趣的应用程序，我们进行比较与以前可用的结果为GW信号的情况下，非自旋二进制和理论预测的幅度的记忆效应的度量后，双曲线通道。
2014-10-24 astro-ph.HE gr-qc
The Maxwell's demon of star clusters
双星是星团中最重要的能量库。通过三体相遇，双星可以逆转核心坍缩，阻止星团达到均分。此外，双星是形成奇异恒星必不可少的，例如蓝离散星、中等质量黑洞和大质量（$\gtrsim{}30$ M $_\odot$）黑洞双星。
2018-07-20 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Massive black hole binaries from runaway collisions: the impact of metallicity
逃逸碰撞是解释年轻致密星团中中等质量黑洞形成的最有希望的机制之一。另一方面，参与失控碰撞的大质量恒星会因恒星风而失去质量。在本文中，我们讨论了大质量（6.5x10^4 Msun）星团的新N体模拟，其中我们增加了不同金属丰度下的恒星风和超新星爆炸的升级配方。通过动力学和恒星演化，我们跟踪了主碰撞产物（PCP）的演化，直到它形成恒星遗迹。在太阳金属丰度下，最终合并产物的质量从几个太阳质量到30 Msun。在低金属丰度（0.01-0.1兆太阳）时，最大残余质量约为250兆太阳，在IMBH范围内。大部分（~0.6）的PCP没有从母星团中喷出，并获得恒星或黑洞（BH）同伴。大多数拥有PCP的长寿命双星都是BH-BH双星。讨论了这一结果对引力波探测的重要意义。
2016-04-12 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Spins of black holes in coalescing compact binaries
简要讨论了测定密近双星中旋转恒星质量黑洞和活动星系核中超大质量黑洞自旋的现代天体物理方法。特别讨论了由LIGO/Virgo引力波观测得到的并合双星黑洞的有效自旋。我们考虑三种类型的合并双星：双黑洞，黑洞-中子星双星和原始双黑洞。考虑到宇宙中恒星的金属丰度和恒星形成速率的演化，计算了两种可能的恒星核坍缩形成黑洞模型中合并天体物理双星黑洞和黑洞与中子星的有效自旋.计算出的分布与LIGO/Virgo观测结果并不矛盾。原始合并恒星质量黑洞的有效自旋可以达到百分之几，由于吸积自旋在寒冷的外部介质。
2019-07-09 astro-ph.HE
Dynamics of stellar black holes in young star clusters with different metallicities - II. Black hole-black hole binaries
本文利用N体模拟方法研究了年轻星团中黑洞-黑洞（BH-BH）双星的形成和动力学演化。模拟包括金属依赖的配方恒星演化和恒星风，并已运行三个不同的金属丰度（Z = 0.01，0.1和1 Zsun）。根据最近的风质量损失和核心坍缩超新星的理论模型，我们假设恒星残骸的质量取决于祖星的金属丰度。我们发现BH-BH双星由于动力学交换而有效地形成：在我们的模拟中，我们发现BH-BH双星比双中子星双星多10倍。模拟的BH-BH双星在贫金属的YSC中形成得更早，因为贫金属的YSC比富金属的YSC中拥有更多的大质量黑洞（BH）。模拟的BH-BH双星具有非常大的啁啾质量（高达80 Msun），因为BH质量被假设取决于金属丰度，并且因为BH可以由于与恒星合并而增加质量。模拟的BH-BH双星的轨道周期跨度很大（10^-3- 10 ^7年），预计其中只有一小部分（0.3%）会在哈勃时间内合并。我们讨论了我们的模拟估计合并率和先进的处女座和LIGO的影响。
2014-05-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Dark Passengers in Stellar Surveys
我们发展了恒星星族模型来预测具有一个发光成员的双星的数量，即盖亚和依巴谷。我们的模型产生了几十个黑洞发光伴星双星（BHLC）和数百至数千个中子星发光伴星双星（NSLC）与盖亚的检测。有趣的是，我们的模型也产生了一个单一的检测BHLC二进制与依巴谷，和一些NSLC二进制。我们还展示了如何检测到的双星与一个单一的发光同伴的统计分布可以用来约束中子星和黑洞的形成过程。
2018-08-22 astro-ph.HE astro-ph.SR
Tidal encounters of close white dwarf binaries with spinning black holes
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）
研究密近白矮星双星与自转黑洞的潮汐相遇，发现黑洞自转显著影响双星潮汐动力学，回落率受初始倾角影响并可能呈现三峰结构。
2026-09-29 astro-ph.HE gr-qc
Binary microlensing by high eccentric stellar-mass black hole binaries
针对尚未确凿观测到银河系黑洞双星微引力透镜事件的问题，研究聚焦高偏心黑洞双星，通过两种方法验证模拟光变曲线的参数估计，证实可在1σ不确定度内还原参数，证明该类天体观测发现具备可行性。
2024-04-15 astro-ph.HE
Detecting Gravitational Self Lensing from Stellar-Mass Binaries Composed of Black Holes or Neutron Stars
我们探讨了一个独特的电磁签名的恒星质量致密物体二进制早在他们被检测到的引力波。我们表明，引力透镜的发光组件的致密物体的二进制，由其他二进制组件，可以检测到在附近的宇宙。这种周期性的透镜特征可以从现在和未来的X射线观测中检测到，识别在LIGO波段合并的双星的祖先，并揭示不合并的人口，从而在其生命的神秘部分提供了致密物体双星人口的示踪剂。我们认为，周期性重复的透镜耀斑可以观察到约100千秒的轨道周期的双星与未来的山猫X射线任务，可能同时在LISA波段的引力波发射。具有较长轨道周期的双星可能更常见，并且可以作为单个透镜耀斑检测到，尽管依赖于可以通过后续耀斑观测进行测试的耀斑模型。没有检测到这样的事件，即使与现有的X射线观测，将有助于限制人口的EM明亮的致密天体二进制文件。
2020-03-10 astro-ph.HE
Thermal X-ray Emission from the Shocked Stellar Wind of Pulsar Gamma-ray Binaries
伽马射线强X射线双星是一种从射电到伽马射线的非热宽带辐射的双星系统。如果系统由一颗大质量恒星和一颗年轻的非吸积脉冲星组成，它们的风将碰撞产生宽带非热辐射，很可能起源于冲击脉冲星风。热X射线发射预计从冲击恒星风，但到目前为止，它既没有被发现，也没有在伽马射线双星的背景下进行研究。本文提出了脉冲星伽玛射线双星中激波星风热X射线辐射的半解析模型，发现热X射线辐射随脉冲星自旋下降光度单调增加，达到10^33 erg/s量级。伽马射线双星的X射线光谱缺乏热特征，因此可以用来限制脉冲星和恒星风的性质。通过拟合观测到的伽马射线双星的X射线谱与源模型组成的吸收非热功率定律和计算的热X射线发射，我们能够推导出上限的自旋下的光度的推定脉冲星。我们将这种方法应用于LS 5039，这是唯一一个具有径向强风的伽马射线双星，并获得了脉冲星自旋下降光度的上限约为6x10^36 erg/s。考虑到高能伽马射线发射的能量限制，可能需要非常接近1的非热与自旋下降的光度比。
2011-11-22 astro-ph.HE
Stellar Binaries That Survive Supernovae
包含黑洞或中子星的双星的数量，关键取决于在超新星爆炸中幸存下来的双星的比例。我们在49个超新星遗迹（SNR）样本中搜索了幸存的恒星加遗迹双星，其中包含23个先前确定的致密遗迹和3个高质量X射线双星（HMXB），没有发现新的相互作用或非相互作用的双星。任何主序星伴星的上限通常小于0.2兆太阳，最坏的情况下小于3兆太阳。这意味着f<0.1的核心坍缩SNR包含一个非相互作用的二进制，f=0.083（0.032<f<0.17）包含一个相互作用的二进制在90%的置信度。我们还发现，HMXB的横向速度很低，现场HMXB的平均速度只有12 km/s，因此幸存的双星通常会在非常靠近爆炸中心的地方被发现。我们将结果与“标准”StarTrack二进制人口合成（BPS）模型进行比较，发现与观测结果合理一致。特别是，BPS模型预测SNe的5%应该留下一颗恒星加残余联星。
2018-10-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
Colliding wind binaries and gamma-ray binaries : relativistic version of the RAMSES code
伽马射线双星是由大质量恒星和非吸积脉冲星组成的碰撞风双星。粒子在冲击波的加速导致辐射从扩展的无线电辐射到伽马射线波段。预计相互作用区域将显示与恒星CWB的共同特征。利用流体动力学程序RAMSES进行数值模拟，重点研究了它们的结构和稳定性，发现Kelvin-Helmholtz不稳定性（KHI）可以导致风之间的重要混合，破坏大尺度螺旋结构。为了研究脉冲星风的相对论性质的影响，我们将RAMSES扩展到相对论流体动力学（RHD）。脉冲星风和恒星风之间的相互作用的初步模拟显示出重要的相似之处与恒星碰撞风小相对论修正。
2012-12-17 astro-ph.HE
The Effect of Distant Encounters on Black Hole Binaries in Globular Clusters: Systematic Increase of In-cluster Mergers in the LISA band
本文首次系统研究了距离弱相互作用对稠密星团中并合双黑洞动力学演化的影响。最近的研究表明，密集的星系团很可能对通过引力波（GW）观测到的BBH合并速率有很大的贡献，并且许多合并将出现在LISA和LIGO灵敏度波段中可测量的显著偏心率。这是非常有趣的，因为离心率可以用来区分不同的天体物理合并通道。然而，所有这些最近的研究都是基于各种蒙特卡罗（MC）技术，只包括强相互作用的动态演化的BBH，而任何二进制一般经历的数量级更多的弱相互作用比强。众所周知，弱相互作用主要导致双星偏心率的变化，这对于BBH意味着弱相互作用可以改变它们的GW螺旋时间，从而改变它们的合并概率。基于这种动机，我们进行MC模拟的BBH演变在密集的集群的影响下，弱和强相互作用。我们发现，包括弱相互作用导致一个显着增加的数目的BBH合并在其集群内，这相应地导致了更多的偏心LISA源。这些初步结果说明了包括弱相互作用的重要性，准确地模拟如何BBH合并在集群中，以及如何将其发射的GW信号与其天体物理环境。
2019-06-17 astro-ph.HE
Revealing the formation of stellar-mass black hole binaries: The need for deci-Hertz gravitational wave observatories
致密恒星质量双星的形成是天体物理学中一个困难但有趣的问题。有两个主要的形成渠道：在现场通过双星演化，或在致密的恒星系统通过动力学相互作用。激光干涉引力波天文台（LIGO）已经通过引力辐射探测到了黑洞双星（BHB）。这些检测为我们提供了有关系统物理参数的信息。有人声称，当激光干涉仪空间天线（LISA）运行时，与LIGO联合观察这些双星将使我们能够推导出导致它们形成的通道。然而，我们表明，在致密的恒星系统中的BHB动力学相互作用可能会导致高偏心率，使一小部分的相对论合并是听不见的LISA。LISA未检测到进入LIGO波段的BHB偏心率的下限约为$0.005$。另一方面，像DECIGO或天琴这样的分赫兹天文台将大大提高联合探测的机会，并揭示这些双星的形成通道。
2017-03-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Stellar Winds in Massive X-ray Binaries
来自大质量恒星的强风是广泛的天体物理学领域感兴趣的话题。在高质量X射线双星中，一方面存在一个吸积的致密天体，可以通过研究所发射X射线的不同性质来推断风参数;但另一方面，吸积体的重力和电离辐射可以强烈影响风流。基于来自恒星风和X射线社区的天文学家的合作努力，本报告试图回顾我们目前的知识状况，并指出未来进展的途径。
2017-02-22 astro-ph.HE
Evolution of Binaries in Dense Stellar Systems
与磁场相反，稠密恒星系统中的双星通常不是原始的，它们可以是动态形成的，也可以是从原始状态发生显著变化的。双星的毁灭和形成总是同时发生的。这种破坏，不断地从二进制池中删除软二进制，作为一种能量汇，可能是集群进入二进制燃烧阶段的原因。真实的二进制分数大于观察到的，因此，可观察到的二进制分数的演变与预测不同。对球状星团中双星分数的综合测量表明，大多数星团仍处于核心收缩状态。另一方面，X射线的形成会影响到大多数进化程度更高的恒星，这会显著增加球状星团中X射线源的数量。双星与致密天体的形成主要是通过物理碰撞、双星与双星和单双星相遇;然而，三重双星和多重相遇的动力学形成主要决定了所形成的双星是否会成为X射线源。
2011-01-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
Identification of stellar-mass black hole binaries and the validity of linear orbital motion approximation in microlensing
引力微透镜在探测具有宽间距（几个金）的二元黑洞方面是独一无二的。模型预测，大约$1\%$的微透镜二进制应该是由于二进制BH，但零已被鲁棒地确定。使用模拟事件与二进制BH透镜，我们表明，在一个典型的二进制BH事件的微透镜视差效应不能可靠地检测。考虑到视差参数在确定暗微透镜的质量中的关键作用，这可以解释未检测到二元BH。此外，我们表明，在只有一小部分（$\lesssim7\%$）的模拟事件的完整的轨道运动的二元透镜不能建模与线性轨道运动近似。这种近似经常被用于二元微透镜事件的建模。
2022-05-31 astro-ph.HE
Hydrodynamics of Collisions and Close Encounters between Stellar Black Holes and Main-sequence Stars
最近的分析表明，恒星和恒星黑洞之间的近距离相遇经常发生在密集的星团中。根据最接近的距离，这些相互作用可能导致耗散遭遇，如潮汐捕获和破坏，或直接物理碰撞，所有这些都可能伴随着明亮的电磁瞬变。在这项研究中，我们进行了广泛的流体动力学模拟的密切接触之间的黑洞和主序星，共同涵盖的参数空间的利益，我们确定和分类的各种可能的结果。在几乎正面碰撞的情况下，恒星被完全破坏，大约一半的恒星物质被束缚在黑洞中。在经典潮汐破裂半径附近的更远距离的相遇中，恒星在第一次近心通过时仅部分破裂。根据相互作用的细节，部分被破坏的恒星残骸可能被黑洞潮汐捕获，或者变得不受约束（在某些情况下，从不对称的质量损失中接收足够大的脉冲踢出它的宿主星团）。在前一种情况下，恒星在最终被完全破坏之前会经历额外的近心通道。基于在我们的模拟结束时（特别是，总的束缚质量和角动量）的材料绑定到黑洞的属性，我们评论预期的吸积过程和相关的电磁签名，可能会导致。
2022-06-25 astro-ph.HE
The Evolution of Binaries under the Influence of Radiation-Driven Winds from a Stellar Companion
相互作用双星作为研究吸积物理学的实验室受到普遍关注，吸积是银河系中产生大量高能辐射的原因。它们使我们能够探测无法在单个恒星中研究的恒星演化过程。了解双星的轨道演化对于建立致密双星的形成模型是至关重要的。在这里，我们集中我们的注意力在研究轨道演化驱动的角动量损失通过恒星风在大质量的双星。我们运行一套流体动力学模拟的双星托管一个质量损失的恒星与不同的风速，质量比，风速剖面和绝热指数，并比较我们的结果的阻力和角动量损失的分析估计。我们发现，在首阶，轨道演化是由风速和二进制质量比。风与轨道速度的比值小，而伴随的质量大，导致角动量损失大，轨道收缩。对于较宽的双星和拥有较轻质量捕获伴星的双星，风的质量损失变得更加对称，这导致轨道变宽。我们提出了一个简单的解析公式，可以准确地解释角动量损失和轨道的变化，这取决于风速和质量比。作为我们的形式主义的一个例子，我们比较了潮汐和风在驱动高质量X射线双星轨道演化的影响，重点是船帆座X-1和天鹅座X-1为例。
2021-07-20 astro-ph.HE astro-ph.SR
Stellar wind accretion and accretion disk formation: applications to neutron star high mass X-ray binaries
最近的X射线观测揭示了高质量X射线双星的复杂性和多样性。这种多样性挑战了对致密物体吸积过程的经典理解。在这项研究中，我们加强了传统的概念，风馈吸积到中子星的性质考虑的几何效应的辐射加速风，并重新评估输送角动量通过使用一个简单的风模型。我们的结果表明，即使在由星风供给的OB型HMXB中，如果双星分离足够紧密和/或星风缓慢，由于星风的不均匀性，大量的角动量也可以被输送形成吸积盘.我们将我们的模型应用到实际的系统，如LMC X-4和OAO 1657-415，并讨论在这些系统中形成盘的可能性。
2019-03-07 astro-ph.HE astro-ph.SR
Close Encounters of Tight Binary Stars with Stellar-mass Black Holes
在各种天体物理环境中，如星团和活动星系核盘中，恒星和致密物体之间预计会有强动力学相互作用。利用动网格程序AREPO对$2M_{\odot}$或$20M_{\odot}$等质量圆双星与单个$20M_{\odot}$黑洞（BH）近距离碰撞过程中的瞬态现象进行了数值模拟.恒星在动力学相互作用过程中会被黑洞破坏，自然产生电磁瞬变现象。遇到碰撞参量小于半长轴的初始二进制经常导致各种瞬态的电磁签名是定性的不同，从普通的中断事件，涉及两个机构。这包括两颗恒星同时或相继的分裂，以及一颗恒星的完全分裂伴随着另一颗恒星的连续部分分裂。另一方面，当碰撞参量大于初始双星的半长轴时，双星要么是简单的潮汐扰动，要么是解离成束缚和非束缚的单星（“微丘”机制）。$20M_{\odot}$双星的解离可以产生一颗逃逸星和一颗活动的BH，它们彼此远离。此外，双星的解离可以产生与BH相互作用的双星，也可以产生非相互作用的硬双星;两者都可能是BH高质量和低质量X射线双星的候选者。因此，我们的模拟特别证实，强烈的遭遇可以导致形成（通常很难形成）BH低质量X射线双星。
2023-01-05 astro-ph.HE astro-ph.SR
Post-Newtonian phase accuracy requirements for stellar black hole binaries with LISA
激光干涉仪空间天线（LISA）将在恒星起源的黑洞双星的引力波螺旋期间，在合并之前的几个月到几年内进行观测。由于信号在LISA频带中的持续时间较长，因此需要忠实的波形以跟踪二进制相位。这对于从数据中提取信号并对源参数进行无偏估计至关重要。我们考虑后牛顿（PN）波形，并分析PN阶需要保持PN近似引起的偏差相对于统计参数估计误差可以忽略不计，作为源参数的函数。通过考虑现实的人口模型，我们得出结论，恒星黑洞双星的$\sim 90\%$可检测的LISA，波形在低后牛顿（PN）顺序（PN $\le 2$）是足够准确的源参数的无偏恢复。我们的研究结果提供了第一个估计的波形精度和信息恢复这类LISA源之间的权衡。
2018-11-05 astro-ph.HE gr-qc
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
Dynamics of stellar black holes in young star clusters with different metallicities - I. Implications for X-ray binaries
本文对中等质量（3000-4000 Msun）的三种不同金属丰度（Z=0.01，0.1和1 Zsun）的年轻星团（SC）进行了N体模拟，包括金属依赖的恒星演化配方和双星演化。根据最近的理论模型的风质量损失和核心坍缩超新星，我们假设的恒星残骸的质量取决于祖星的金属丰度。特别是，大质量贫金属恒星（Z<=0.3 Zsun）能够通过直接坍缩形成大质量恒星黑洞（MSBH，质量>=25 Msun）。我们发现，三体相遇，特别是动力学交流，占主导地位的MSBH在我们的模拟中形成的演变。在Z=0.01和0.1 Zsun的SC中，大约75%的模拟MSBH由单星形成，并在SC生命的第一个1亿年中通过动态交换成为双星的成员。这比低质量（<25 Msun）恒星黑洞的效率高3倍。一小部分但不可忽略的MSBH为风吸积（10- 20%）和罗氏瓣溢出（RLO，5- 10%）二元系统提供动力。绝大多数经历风吸积和/或RLO的MSBH双星都是从动力学交换中诞生的。这一结果表明MSBH可以为低金属丰度年轻SC中的X射线双星提供能量，并且非常有希望解释许多超铝X射线源与低金属丰度和活跃的恒星形成环境的关联。
2013-01-17 astro-ph.HE astro-ph.SR
X-ray binaries powered by massive stellar black holes
恒星黑洞的质量目前被认为是在3-20 Msun的范围内，但非常不确定：最近的观测表明至少存在一个质量>20 Msun的黑洞。母星的金属丰度强烈影响残骸的质量，因为只有贫金属恒星的最终质量可以超过~40 Msun，并且预计会直接坍缩成质量>25 Msun的BH。利用N体模拟研究了年轻致密星团中大质量恒星黑洞（MSBH，质量>25 Msun）的形成和演化。我们研究了MSBH对X射线源布居的影响。
2013-02-10 astro-ph.HE astro-ph.SR
Effective-one-body waveforms from dynamical captures in black hole binaries
动态捕获是一个可能的形成通道BBH合并导致高偏心合并动力学和引力波（GW）的信号是形态上不同于那些准圆形合并。未来通过地面或空间GW干涉仪对这些合并的检测可以提供对天体物理学黑洞的宝贵见解，但它需要精确的预测和专用的波形模型进行分析。我们提出了一个最先进的有效单体（EOB）模型的多极合并振铃波形从动态捕获黑洞合并与任意质量比和nonprecessing自旋。该模型依赖于沿通用轨道的辐射反应和波形的分析描述，通过将通用牛顿前因子中使用的准圆形的情况下的表达式中获得。它提供了一个工具，用于生成波形的一般二元黑洞合并和GW数据分析。我们证明，该模型可靠地占丰富的动力学捕获现象，从直接暴跌连续近距离接触到合并。参数空间的充分特点是在初始能量和角动量。我们的模型再现百分之几的散射角从十个等质量，非自旋，双曲遇到数值相对论（NR）模拟。通过将6PN结果纳入EOB电位之一中并调整当前未知的分析参数，可以进一步提高一致性。我们的研究结果表明，NR模拟的双曲线遇到（和动态捕获）可以用来通知EOB波形模型的通用BBH合并/遇到目前和未来的GW探测器。
2020-09-30 astro-ph.HE gr-qc
Merger rate of stellar black hole binaries above the pair instability mass gap
在目前的恒星演化模型中，对不稳定超新星的出现意味着缺乏质量在$[60, \, 120] \, \rm{M}_\odot$之间的恒星黑洞，导致黑洞质量分布中存在上质量隙。在这封信中，我们开发了一个基准模型，描述BH对不稳定的差距以外，通过卷积的初始质量函数和恒星形成率与宇宙时间的金属丰度演化。在假设双星形成的物理机制在能隙之外没有变化的前提下，我们构造了合并BH双星的宇宙布居。BH二进制与以上的差距的质量组件的检测率，发现范围之间的$\simeq [0.4,\,7] \, \rm{yr}^{-1}$的LIGO/处女座在设计灵敏度和$[10, \, 460] \, \rm{yr}^{-1}$的第三代地面探测器，考虑到最悲观和最乐观的情况。LISA可以单独检测这些双星，从合并到数千年。在不到四年的时间内合并的事件数量，使多波段观测的顺序，预计在范围$[1, \, 20]$。虽然ET将检测所有这些事件，但LIGO/Virgo预计将检测其中的$\lesssim 50\%$。最后，我们估计，在LISA波段的未解决的来源的引力波背景，可以在原则上检测到的信噪比之间的$ \simeq 2.5$和$\simeq 80$。
2019-11-11 astro-ph.HE gr-qc
