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
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
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
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
Do three-body encounters in galactic nuclei affect compact binary merger rates?
通过动力学摩擦和二体弛豫，在星系核中的超大质量黑洞周围可能形成致密残余物的高密度尖点。由于密度高，在SMBH周围轨道上的双星经常会与来自尖点的致密残留物近距离相遇。这会影响星系核中致密双星的引力波合并率。我们研究了这个过程的高精度少体模拟，一个新的Monte Carlo方法进行。我们发现，围绕SgrA* 一样的SMBH，三体相遇的合并数量增加了3倍。这是因为近距离相遇会使双星相对于它们的轨道平面重新定位，从而增加Kozai-Lidov引起的合并的数量。我们得到了一个双黑洞的合并速率为1.6 × 10 ^-6/yr/每个类银河核。
2019-08-20 astro-ph.GA 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
Dynamical formation of Black Hole Low-Mass X-Ray Binaries in the field - an alternative to common envelope
非常宽的双星（> 500天文单位）在银河系中会遇到无数次与恒星的碰撞，并可能被扰动到高度偏心的轨道（e ~ 0.99）。对于这样的系统，近心通道处的潮汐相互作用可以导致轨道圆化和可能的质量转移，从而产生X射线双星而不需要共同的包络。我们测试这种情况下的黑洞低质量X射线双星（BH LMXBs）进行人口合成从原始双星随机恒星遭遇的数值处理。我们测试了各种模型的阈值近心距离下，潮汐力导致圆化。我们估计，飞越相互作用可以产生一个目前的人口约60 $-$ 220 BH LMXB在银河系领域。结果是敏感的潮汐循环效率和零到非常小的BH出生踢几公里/秒的假设是必需的。我们发现，最有可能的捐助者是低质量的恒星（< 1 Msun;在质量转移开始时），如在已知来源的人口（~ 20）中观察到的。然而，沿着这条路线形成的系统数量很少，这与最近对银河10 $^4-$ 10 $^8$中休眠BH LMXB数量的观测估计存在矛盾（Tetarenko et al. 2016）。如果数量确实如此之高，则需要确定具有低质量供体的BH的替代形成通道。
2017-03-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
Close encounters of black hole - star binaries with stellar-mass black holes
本文利用AREPO流体动力学模拟研究黑洞-恒星双星与恒星级黑洞的三体相遇，发现约四分之一事件形成双黑洞并伴随恒星瓦解，且超爱丁顿吸积盘可能产生电磁对应体。
2023-07-10 astro-ph.GA 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
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
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
Close Encounters of Stars with Stellar-mass Black Hole Binaries
许多天体物理环境，从星团和球状星团到活动星系核的圆盘，都以恒星和它们留下的致密物体之间的频繁相互作用为特征。在这里，使用一套$3-D$流体动力学模拟，我们探索的结果之间的密切相互作用$1M_{\odot}$恒星和二元黑洞（BBHs）在引力波制度，导致潮汐破裂事件（TDE）或纯散射，专注于吸积率，反作用的BH二元轨道参数和增加的二元BH有效自旋。我们发现，TDEs可以作出显着的影响，这往往是不同于纯散射的双星轨道。经历逆行TDE的双星倾向于加宽（硬化）达$\simeq 20\%$。最初的圆形双星通过$\lesssim 10\%$通过逆时针或逆时针TDE变得更加偏心，而最初偏心双星的偏心率通过逆时针（逆时针）TDE通过$\lesssim 5\%$增加（减小）。总的来说，单一的TDE通常可以导致引力波驱动的合并时间尺度按阶数单位的变化。这两个黑洞的吸积率都是非常高的超爱丁顿，在轨道周期的时间尺度上显示出调制（优先用于逆行TDE），这可能是BBH驱动的TDE的特征。顺向TDEs导致有效自旋参数$χ$随$\lesssim 0.02$而变化，而逆向TDEs则为$χ\gtrsim -0.005$。
2022-08-02 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
Black Hole Binaries in AGN Accretion Discs II: Gas Effects on Black Hole Satellite Scatterings
本文通过三维SPH模拟研究AGN圆盘中黑洞散射形成双星的气体耗散条件，给出基于初始能量和碰撞参数、可靠率超90%的解析判据。
2023-09-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
The fate of close encounters between binary stars and binary supermassive black holes
位于银河系中心的主序星双星的演化会受到中心超大质量黑洞（SMBH）的严重影响。由于这些微扰效应，稠密环境中的恒星双星可能会通过长期和/或非长期相互作用经历合并，碰撞或喷射。与中央SMBH更直接的相互作用被认为会产生超高速恒星（HVS）和潮汐破裂事件（TDE）。在本文中，我们使用N体模拟研究恒星双星的动力学轨道中央SMBH主要与外部SMBH次要轨道这个内部的三重。研究了次级SMBH对HVS、TDE和恒星合并事件率的影响，并将其作为SMBH-SMBH双星质量比的函数。我们的数值实验表明，相对于孤立的SMBH的情况下，TDE和HVS率增强，分别为最小和最大的质量比SMBH-SMBH二进制文件。这表明观测到的TDE和HVS事件率有可能作为中央SMBH-SMBH双星质量比的诊断。次级SMBH的存在也允许超高速双星的产生。因此，对这些系统的观测可以限制银河系中心存在次级SMBH。
2017-12-21 astro-ph.GA 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 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
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
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
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 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
Formation of black hole X-ray binaries with non-degenerate donors in globular clusters
在这封信中，我们提出了一个形成通道的低质量X射线双星与黑洞吸积和非退化的捐助者通过放牧潮汐遇到亚巨星。我们估计，在一个典型的致密球状星团的核心密度的$10^5$恒星pc $^{-3}$，形成率约为一个二进制每陀螺每50-100保留黑洞。捐赠者-剥离的亚巨星-与相同颜色的亚巨星或巨星分支恒星相比，将是强烈的不发光。潮汐剥离的产物在数亿年内，与相同颜色的正常恒星相比，至少有一个星等的亮度不足，并且与普通双星中可能由非灾难性质量转移产生的亮度不足的红色恒星不同。动态形成的双星成为静止的低质量X射线双星，寿命约为一个陀螺。预期的X射线双星的数量是每50-200个保留的黑洞中有一个，而预期的强暗次巨星的数量大约是这个数量的一半。在球状星团中存在强烈暗星可能是黑洞存在的标志。
2017-06-23 astro-ph.HE astro-ph.SR
Analytic Modelling of Binary-Single Encounters: Non-Thermal Eccentricity Distribution and Gravitational-Wave Source Formation
混沌三体相互作用可能导致引力波的形成。在这里，通过将相遇建模为一系列紧密的、非分层的、三重的接近，散布着分层的阶段，其中系统由内部双星和绕其运行的恒星组成，我们计算了近心点概率分布，从而计算了任何给定的双星-单次相遇中的螺旋概率。然后，我们考虑的间接影响的人口的引力波源的二进制单遇到，通过改变偏心率分布的硬二进制的集群，我们计算这个分布分析，要求它是不变的相互作用下与单星。
2022-11-08 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
A possible origin of the Galactic Center magnetar SGR 1745-2900
由于银河系中心附近存在大量的大质量O/B型星和推定的中子星（NS），因此可能存在由NS和B型星组成的中等质量X射线双星（IMXB）。研究了具有$\sim5.2M_\odot$伴星的IMXB（类似于M82 X-2）中吸积NS的演化，轨道周期为$\simeq2.53$天.通过对早期B类Roche瓣溢出（RLOF）吸积采用适度的超爱丁顿速率$\dot{M}=6\times10^{-8}M_\odot~{\rm yr}^{-1}$，我们发现只有在具有相当弹性地壳的吸积NS（滑移因子$s=0.05$）中，环向磁场才能在1 Myrs内被放大，这被认为是RLOF最长的持续时间。这些IMXB如果动力学稳定，将演化为NS+白矮星（WD）双星。然而，在NS+WD双星形成之前，GC中的高恒星密度可能会导致NS+演化双星（后早期Case B质量转移阶段）与NS频繁相遇或与其他恒星交换相遇，这可能会产生单个NS。当放大的极向磁场扩散到NS表面时，这些NS将演变成磁星。因此，我们的结果提供了一个可能的解释GC磁星SGR 1745-2900的起源。此外，具有$s>0.05$的增生NS将演化为毫秒级微扰器（MSP）。因此，我们的模型揭示了GC磁星和MSP都可能起源于特殊类型的IMXB。
2017-04-05 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
GW190521 formation via three-body encounters in young massive star clusters
GW 190521是迄今为止观测到的最大质量的双黑洞合并，其主要成分位于对不稳定性（PI）质量隙中。在这里，我们通过年轻的大质量星团中的三体相遇研究了GW190521类系统的形成。我们进行了2次$\times10^5$模拟，模拟了BBH和大质量$\geq{60}\,$ M $_{\odot}$黑洞（BH）之间的二元-单元相互作用，包括$2.5$阶的后牛顿项和相对论踢的处方。在我们的初始条件下，我们考虑到通过恒星碰撞在PI质量间隙中形成BH的可能性。如果我们假设第一代黑洞具有低自旋，那么所有模拟的黑洞合并中的$\sim{0.17}\%$的分量质量、有效自旋和旋进自旋以及剩余质量和自旋都在$90\%$可信区间GW 190521之内。其中7个是第一代交换二进制，5个是第二代BBH。我们估计了年轻星团中通过双星-单星相互作用形成的类GW190521双星的合并率密度$\mathcal{R}_{\rm GW190521}\sim{0.03}\,$ Gpc $^{-3}\,$ yr $^{-1}$。这个速率对第一代BBH的自旋分布极其敏感。恒星碰撞、第二代合并和动力学交换是在年轻星团中产生类GW190521系统的关键因素。
2021-10-27 astro-ph.HE astro-ph.SR 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
Spin misalignment of black hole binaries from young star clusters: implications for the origin of gravitational waves events
最近的研究表明，年轻星团中的合并黑洞（BH）双星的祖先可以像孤立的双星一样经历一个共同的包络相。如果恒星从共同的包层中以裸露的核心出现，潮汐相互作用可以在它们坍缩成BH之前有效地同步它们的自旋。与孤立的情况相反，这些二元黑洞在合并之前也可以与集群中的其他黑洞进行动力学相互作用。这种相互作用可以使双星轨道平面倾斜，导致自旋轨道不对准。我们估计的自旋性质合并二进制BH经历这种情况下，结合最新的二进制人口合成和准确的少体模拟。我们表明，后共同信封二进制BH可能只经历一次遭遇，由于高的二进制反冲速度和短的合并时间。采用双星-单星相遇率的保守极限，我们得到的本地黑洞合并率密度约为6.6 yr^-1 Gpc^-3。假设BH的出生自旋小于0.2，这个方案再现了由GWTC-2推断的有效自旋Xeff和进动参数Xp的分布趋势，包括在（Xeff，Xp）~（0.1，0.2）处的峰值和在负Xeff值处的尾部。
2021-04-02 astro-ph.GA astro-ph.HE
Symmetry Breaking in Dynamical Encounters in the Disks of Active Galactic Nuclei
活动星系核盘可能是双星黑洞合并的重要场所。在这里，我们通过高精度，高精度的代码{ \tt SpaceHub}的数值实验表明，对称性破缺的动态遇到活动星系核磁盘可以导致一个不对称的反方向和逆行BBH合并。硬化不对称的方向取决于初始二元半长轴。因此，在LIGO-Virgo探测活动星系核盘的BBH合并中，预计质量加权投影自旋$χ_{\rm eff}$的不对称分布。该通道进一步预测，负$χ_{\rm eff}$ BBH合并最有可能用于大质量双星。
2021-10-07 astro-ph.HE
Shattering Flares During Close Encounters of Neutron Stars
我们证明，共振破碎耀斑可以发生在中子星在偏心或双曲线的遭遇密切通道。我们提供了最新的估计致密天体在致密恒星环境中的近距离相遇率，我们发现这大大低于以前的作品。虽然这种情况是罕见的，我们表明，粉碎耀斑可以提供一个强大的电磁对应的引力波爆发预期从这样的遭遇，允许触发搜索这些事件的发生。
2013-07-12 astro-ph.HE
Tidal Disruption Events by Compact Supermassive Black Hole Binaries
恒星可能会被超大质量黑洞双星潮汐摧毁或吞噬。利用大量精确的少体模拟，我们研究了硬超大质量黑洞双星对完全和部分破裂以及直接俘获事件的增强和抑制，主黑洞质量（$10^{5}-10^{8}M_{\odot}$）、双星质量比（$10^{-3}-1$）、双星半长轴与硬化半径之比（$10^{-4}-1$）、双星偏心率（$0.0-0.9$）和恒星质量（$0.3-3M_{\odot}$）。这是一个显着的扩展参数空间相比，以前的工作。我们发现，所有三个事件的遭遇概率很好地描述了遭遇横截面，这是成比例的近心距离。相对于单个黑洞，超大质量黑洞双星的完全破裂概率可以增加$40-50$的1倍或抑制$10$的1倍，这取决于双星的参数。相对论效应对于主黑洞质量$\leq 10^{7}M_{\odot}$并不重要，但是对于更高的主黑洞质量，相对论效应可以提供小于$2-3$的因子的完全破裂概率的额外增强。给出了适用于宽参数范围的硬超大质量黑洞双星完全破裂概率的拟合公式。我们还发现，部分中断事件可以发生多次完全中断或直接捕获之前，其概率可以大于完全中断事件的三倍。由于部分破裂事件可以引起恒星自旋和质量损失并改变轨道，因此它可以显着影响整体完全破裂事件率和光变曲线的形状。
2022-08-02 astro-ph.HE
Massive Perturbers and Transient Pickup Discs in Disc-Crossing Encounters in OJ 287-like Supermassive Black Hole Binaries
Clemson University（克莱姆森大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）
研究类 OJ 287 超大质量黑洞双星中盘交叉相遇时的流体动力学响应，用三维光滑粒子流体动力学模拟，探究次级黑洞质量等因素对黑洞吸积质量的影响，发现扰动体质量大时主黑洞吸积率有显著峰值及相关规律，还指出次级黑洞会有吸积盘及相关特征。
2026-07-13 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational Radiation from hyperbolic encounters in the presence of dark matter
Indian Institute of Technology, Gandhinagar（印度理工学院甘地纳加尔分校）
该研究分析暗物质存在下双曲线型交会双星的引力辐射，计算辐射通量、制动指数演化，探讨暗物质对双星动力学的影响，为相关引力波源研究提供新方向。
2026-08-25 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Eccentric Black Hole Mergers in Dense Star Clusters: The Role of Binary-Binary Encounters
本文首次在广义相对论的框架下系统地研究了强双-单和双-双黑洞相互作用。当在强碰撞中包括广义相对论效应时，当进入LIGO和Virgo GW探测器的敏感频率范围时，引力波（GW）的轨道能量耗散可能导致捕获和随后的具有明显偏心率的吸气。在这项研究中，我们进行了二进制和二进制单散射实验与广义相对论动力学通过2.5后牛顿秩序包括在内，无论是在一个受控的设置，以衡量非耗散后牛顿条款的重要性，并得出缩放关系的GW捕获的横截面，以及根据最先进的球状星团模型调整到强相互作用的实验，以评估双星的相对重要性，二进制通道在促进GW捕获和由此产生的偏心率分布的inspiral从通道。虽然在球状星团中，双星间的相互作用比双星间的相互作用少10-100倍，但它们的寿命更长，动力学更复杂，导致在相遇过程中发生GW捕获的概率更高。我们发现，在球状星团的强黑洞碰撞过程中，无论星团环境的性质如何，双星-双星相互作用都贡献了25-45%的偏心合并。因此，在密集星团中包含更高的多重性遭遇对LIGO/Virgo网络可能探测到的高偏心双星的预测率有重大影响。由于偏心吸气的引力波形与合并双星所产生的引力波形不同，这些双星系统的偏心率测量将高度限制它们的形成情况。
2019-02-14 astro-ph.HE gr-qc
On the Jacobi capture origin of binaries with applications to the Earth-Moon system and black holes in galactic nuclei
圆盘中两个天体的近距离相遇往往会导致一次轨道偏转。然而，在他们的雅可比体积内，两个物体和中心物体之间的引力变得相互竞争，多次近距离接触的临时捕获成为可能的结果：雅可比捕获。我们进行3体模拟，以便在飞机上的Jacobi捕获的动力学。我们发现，相空间结构类似于一个康托样集的分形维数约为0.4。寿命分布呈指数下降，而最近的分离的分布遵循指数为0.5的幂律。在我们的第一个应用中，我们考虑Jacobi捕获月球。我们证明，潮汐捕获和巨大的影响是可能的结果。碰撞速度很好地近似为抛物线碰撞，而碰撞角遵循均匀光束对圆形目标的碰撞角。雅可比捕获在较大的日心距离更有可能导致潮汐捕获。在我们的第二个应用中，我们发现雅可比捕获与引力波耗散可以导致形成的星系核中的二元黑洞。偏心率分布是近似超热的，包括顺时针和逆时针方向。我们的结论是，耗散Jacobi捕获形成一个有效的通道，形成二进制，这激励进一步的研究，以建立跨多个天体物理尺度的Jacobi捕获的普遍性。
2022-11-24 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.HE
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
Merger rates in primordial black hole clusters without initial binaries
原始的黑洞通过宇宙密度波动的崩溃而形成，被假设为宇宙中暗物质含量的贡献者。与此同时，它们的合并可能有助于最近观察到的引力波源的数量。我们调查的情况下，原始黑洞形成双星在宇宙的后期。具体来说，我们重新审视合并的原始黑洞在小集群的~30个对象的初始双星的情况下。双星通过牛顿引力相互作用动态地形成。这些双星作为星系团的热源，增加了星系团的速度色散，这抑制了通过引力波两体捕获的直接合并。与此同时，紧密双星的三体相遇太罕见了，以至于无法使双星足够紧密，从而使它们通过引力波辐射合并。我们的结论是，在没有初始双星的情况下，Bird et al.（2016）初始星团配置中的原始黑洞的合并率至少比以前提出的低一个数量级，这使得引力波检测到这样的源是不可能的。
2020-06-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
Accreting black hole binaries in globular clusters
我们探讨了在球状星团中含黑洞的质量转移双星系统的形成。我们表明，它是可能的，以形成质量转移黑洞双星的主序星，巨人，白矮星的同伴与各种轨道参数的球状星团跨越大范围内，在当今的属性。所有的质量转移黑洞的二进制文件中发现在我们的模型在后期的动态创建。这些系统中的黑洞在获得施主之前和之后经历了星系团内$\sim 30$动力学相遇的中值。此外，我们表明，质量转移黑洞系统的存在与集群内的黑洞在任何时候的总数几乎没有相关性。这是因为星系团中黑洞-非黑洞双星的净形成速率在很大程度上与保留的黑洞总数无关。我们的研究结果表明，在球状星团中检测到质量转移黑洞双星并不一定表明宿主星团中包含大量的黑洞。
2017-10-31 astro-ph.HE
Are white dwarf magnetic fields in close binaries generated during common-envelope evolution?
几十年来，了解白矮星（WD）中磁场的起源一直是一个谜。在过去的几年里，一种得到了相当多关注的情景假设这样的磁场是在共同包络演化过程中通过发电机过程产生的。我们使用最新版本的BSE代码执行二进制人口模型，以对抗该模型的预测与观测结果。我们发现，这一假设只能解释观测到的极和前极的WD磁场分布和前极的低温WD，如果重新标度，以适应观测数据。此外，在目前的版本中，该模型未能解释年轻的紧密分离WD+ M矮双星中没有携带热磁WD的情况，并预测紧密双星中绝大多数WD应该是强磁性的，这也与观测结果严重冲突。我们的结论是，无论是共同的包络发电机的情况下，需要大幅修订或不同的机制是负责产生强WD磁场在密切的双星。
2019-12-23 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Search for Higher Harmonic Signals from Close White Dwarf Binaries in the mHz Band
本研究表明LISA有望从邻近近距离白矮星双星中探测到高次谐波引力波信号，特别是(3,3)模式，其振幅可作为探测系统质量不对称性的稳健探针，为质量转移双星等提供有价值的观测目标。
2025-06-30 astro-ph.HE gr-qc
Mass from a third star: transformations of close compact-object binaries within hierarchical triples
由两个紧凑物体组成的近轨道双星是人们关注的中心，因为它探测到了引力辐射引起的合并。近距离、致密天体双星的产生涉及到物理过程，目前还没有很好的理解;关于两个致密天体如何在哈勃时间内足够近地合并，还有一些悬而未决的问题。在这里，我们探索一个重要的，可能是共同的物理过程：从第三颗恒星在一个更广泛的，分层的轨道质量转移。增加近距离双星的质量可以减少合并的时间，甚至可以改变吸积物的性质，将白矮星转变为中子星和/或将中子星转变为黑洞。一些在近距离双星中吸积的白矮星甚至可能爆炸为Ia型超新星。考虑到高阶多次波的普遍存在，我们所展示的演化通道可能是引力合并的重要途径，包括Ia型超新星。幸运的是，这些途径也导致可测试的预测。
2018-05-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
A Multimessenger Strategy for Downselecting the Orientations of Galactic Close White Dwarf Binaries
本文提出一种多信使策略，通过结合LISA引力波探测与电磁观测的计时信息，将紧密白矮星双星角动量矢量横向投影的四重简并降低至二重。
2025-07-01 astro-ph.HE gr-qc
Exploring the Orbital Alignments of Galactic Close White Dwarf Binaries with LISA
本研究探讨利用空间引力波探测器LISA测量银河系密近白矮星双星轨道取向的前景，发现可探测核球白矮星双星小至0.05的四极模式，为探究银河系远古演化提供新途径。
2024-10-30 astro-ph.HE gr-qc
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
Gravitational Radiation from Close Binaries with Time-Varying Masses
在弱场极限下的广义相对论四极近似中，时变的四极矩产生引力辐射。双星轨道是产生引力波的主要机制之一，也是多波段引力波探测器的主要源和背景。在这篇论文中，我们介绍了来自密近双星的引力辐射的额外贡献，这些贡献来自于随时间变化的质量以及轨道运动产生的质量。我们在二元点质量的四极极限下推导出这些效应的相位相关公式，该公式简化为Peters和Mathews（1963）在每个分量的质量取常数时推导出的公式。我们表明，从质量变化的引力辐射可以是数量级大于轨道运动。
2019-08-21 astro-ph.HE gr-qc
Scalarization and descalarization in hyperbolic encounters of black holes
Center for AstroPhysical Surveys, National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校国家超级计算应用中心天体物理调查中心）
通过数值相对论研究二次标量高斯-博内引力中黑洞双曲相遇的标量场演化，发现相遇期间可发生动态标量化，以及自旋变化导致的自旋诱导（去）标量化。
2026-07-01 astro-ph.HE gr-qc hep-th
