Observational Signatures of High-Redshift Quasars and Local Relics of Black Hole Seeds
大质量黑洞（BH）的诞生和早期演化的观测约束来自两个极端的制度。在高红移时，类星体发出了十亿太阳质量黑洞快速增长的信号，并表明这些物体开始以超过爱丁顿极限的速度非常重和/或吸积质量。在低红移时，已知最小的核黑洞是在矮星系中发现的，并为黑洞种子的质量提供了最具体的限制。在这里，我们回顾了目前在这些领域的观测工作，这些工作对于我们理解宇宙中大质量黑洞的起源至关重要。
2016-10-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
The relation between black hole spin, star formation rate, and black hole mass for supermassive black holes
本研究利用48个低红移超大质量黑洞样本，通过光谱能量分布多波段拟合探究了黑洞自转、恒星形成率与黑洞质量的关系，发现黑洞质量与自转和恒星形成率呈非单调关系，揭示了小质量黑洞以气体吸积生长而大质量黑洞主要通过并合生长的机制。
2025-03-05 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Black Hole Remnant of Black Hole-Neutron Star Coalescing Binaries
提出了一个确定具有平行轨道角动量和初始黑洞自旋的黑洞-中子星合并的黑洞残骸的无量纲自旋参数和质量的模型。这种方法是基于双黑洞的Buonanno，Kidder和Lehner方法，并成功地对数值相对论模拟的结果进行了测试：无量纲自旋参数的预测与绝对误差$\lesssim 0.02$，而最终质量的相对误差为$\lesssim 2$ %，其分布在测试中被发音峰值为$1$ %。因此，我们的方法和Foucart（2012）报告的环面残余质量的拟合构成了一个易于使用的分析模型，可以准确描述黑洞-中子星合并的残余。研究了由双星质量比、初始黑洞自旋、中子星质量和状态方程组成的参数空间。我们间接支持了黑洞-中子星合并的黑洞残余的宇宙监督猜想。我们发现中子星的存在影响了黑洞遗迹的准正规模频率，从而表明引力波信号的衰荡时期实际上可以用来（1）区分黑洞-黑洞和黑洞-中子星合并以及（2）约束中子星状态方程。
2013-11-22 astro-ph.HE gr-qc
No evidence that the binary black hole mass distribution evolves with redshift
本文利用GWTC-3星表系统检验双黑洞质量分布是否随红移演化，重点分析35倍太阳质量峰和幂律连续谱，发现两者均无显著红移演化证据，当前数据不要求红移依赖的质量谱。
2025-01-17 astro-ph.HE gr-qc
Regular Black Holes as Particle Accelerators
本文研究了球对称静电荷规则黑洞（Barnival黑洞，Ayón-Beato和García黑洞，Hayward黑洞）无限红移面附近碰撞粒子的质心（CM）坐标系中任意高能量的可能性.我们证明了在\emph{extreme}规则黑洞的无限红移面附近碰撞粒子的CM能量是任意大的，而非极端规则黑洞的CM能量是有限的.计算了与黑洞吸积盘理论最相关的最内稳定圆轨道（ISCO）、边缘束缚圆轨道（MBCO）和圆光子轨道（CPO）方程。
2014-10-10 astro-ph.HE gr-qc
Probing the Black Hole Metric. I. Black Hole Shadows and Binary Black-Hole Inspirals
在广义相对论中，黑洞的时空有三个基本性质：（i）它们在自旋的最低阶上与恒星物体的度规相同;（ii）当用几何单位表示时，它们与质量无关;（iii）它们由克尔度规描述。在本文中，我们量化的上限可能黑洞度量偏差所施加的观测黑洞阴影和二进制黑洞的灵感，以探讨目前的实验限制可能违反最后两个预测。我们发现，这两种类型的实验提供了相关的偏差参数的约束，主要是在TT-组件的时空，当表示在面积坐标。我们的结论是，目前，没有证据表明偏离克尔度规跨越8个数量级的质量和16个数量级的曲率跨越的两种类型的黑洞。此外，由于当前引力波源样本中黑洞的特定质量，这两个实验所施加的相关性是一致的，并且当用远场、后牛顿的度规预测来表示时，它们的大小相似。如果未来合并的黑洞双星有两个低质量（例如，~3 Msun）分量，结合内旋约束和黑洞阴影测量结果，可以打破偏差参数之间的简并性。
2020-12-03 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
The appearance of a merging binary black hole very close to a spinning supermassive black hole
双黑洞的质量和距离是引力波天文学测量的基本参数。众所周知，测量结果会受到宇宙学红移的影响，最近的工作也表明，如果BBH靠近超大质量黑洞（SMBH）并合，多普勒和引力红移会进一步影响测量结果。在这里，我们考虑的额外的透镜效应引起的附近SMBH的测量。我们计算了克尔SMBH的$10$引力半径内的零测地线，以确定由BBH发射的GW的红移和放大率。我们发现红移和缩小率之间存在正相关，这导致探测器框架中BBH的质量和距离之间存在正相关。更重要的是，我们发现信号出现红移和缩小到远处观察者的概率更高，而不是蓝移和放大。基于这些结果，我们证明了宇宙学红移为$z_{\rm cos}=(10^{-2}-10^{-1})$，由$(10-20)M_\odot$的BH组成的双星可以伪装成红移为$z_{\rm cos}\sim1$，含有$(44-110)M_\odot$大小的BH的BBH。在极度缩小的情况下，我们也发现同样的黑洞可能出现在$z_{\rm cos}>10$上，并且包含亚太阳质量的黑洞。如果不考虑这种效应，可能会使我们对通过GWs检测到的BH的起源的理解产生偏差。
2023-02-08 astro-ph.HE gr-qc
Black hole-neutron star mergers for 10 solar mass black holes
黑洞-中子星合并的广义相对论模拟目前仅限于低质量的黑洞（小于7个太阳质量），即使人口合成模型表明，大多数合并可能涉及更大质量的黑洞（10个太阳质量或更多）。我们首次对黑洞-中子星与10个太阳质量的黑洞合并进行了广义相对论模拟。对于大质量黑洞来说，作用在中子星上的潮汐力通常太弱，在中子星到达黑洞最里面的稳定圆形轨道之前，它不会被破坏。在a/M = 0.5-0.9范围内改变黑洞的自旋，我们发现只有当a/M>0.7-0.9时，合并才导致恒星的破裂和大质量吸积盘的形成。从这些结果中，我们得到更新的约束BHNS合并的能力是短伽马射线暴的质量和自旋的函数的黑洞的祖先。我们还讨论了引力波信号对黑洞参数的依赖性，并提供了从合并前7-8个轨道开始的模拟波形和频谱。
2012-03-12 astro-ph.HE gr-qc
Do black hole shadows merge?
所谓的黑洞阴影不是黑洞的轮廓，而是一个坍缩物体或白洞的图像。因此，当黑洞彼此合并时，黑洞的阴影是否彼此合并是重要的。本文通过分析描述黑洞合并的Kastor-Traschen时空中事件视界的零测地线生成元，我们发现存在永远看不到黑洞阴影合并的观测者。
2020-08-06 astro-ph.HE gr-qc
The redshift dependence of black hole mass distribution: Is it reliable for standard sirens cosmology?
由对不稳定超新星（PISN）过程设定的黑洞的质量上限可以通过提升质量与红移之间的简并度来推断引力波（GW）源的红移。然而，要使这项技术发挥作用，PISN的质量尺度必须是与红移无关的，或者至少有一个可预测的红移依赖性。我们发现，所观察到的PISN的质量尺度可以得到涂抹和PISN的质量尺度的位置很可能表现出强烈的红移依赖性，由于从一个恒星的形成和合并的两个黑洞和PISN质量尺度的金属依赖性之间的延迟时间的非零值的综合效应。由于延迟时间分布的未知形式，双黑洞（BBH）的PISN质量截止的红移依赖性不能很好地表征，并将表现出很大的变化，在红移的变化。因此，使用固定的PISN质量标度来从观测到的质量推断BBH的红移将是系统性的偏差。虽然这种不确定性对于LIGO-Virgo-KAGRA合作进行的第三次观测运行来说并不严重，但在未来，这种不确定性将导致从PISN质量标度推断的红移的系统误差。相应的系统误差将是未来利用该方法实现宇宙学参数百分之几精度测量的瓶颈。
2022-07-28 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Are the black hole remnants produced from binary black hole mergers in GWTC-3 thermodynamically stable?
黑洞热力学为引力、热力学和量子理论之间的深刻而基本的联系提供了强有力的线索。如果黑洞的行为确实像一个自然的热力学系统，那么它在清洁的环境中应该是热力学稳定的。本文利用LIGO、Virgo和KAGRA探测器观测到的双星黑洞（BBH）合并的观测数据，检验了LIGO-Virgo-KAGRA星表GWTC-3中由BBH合并产生的黑洞残余物是否是热力学稳定的。热力学稳定性的判据非常简单，并且与黑洞的自旋直接相关，即热力学稳定的黑洞残余物需要其无量纲自旋$a>a_* \simeq 0.68$。我们对GWTC-3中83个黑洞残骸的最终自旋$a_f$的后验分布进行了检验，发现整个残骸总体符合具有$99.98\%$概率的双稳态黑洞.这是首次验证了由BBH合并产生的黑洞残余物的热力学稳定性。
2022-02-22 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Black Hole Vision: An Interactive iOS Application for Visualizing Black Holes
Vanderbilt University（范德堡大学）；Harvard University（哈佛大学）；OpenAI
黑洞视野是一款利用黑洞透镜效应模拟用户周围环境的iOS应用，通过结合摄像头视频流和透镜方程，展示黑洞引力对视觉的影响。
2026-03-06 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Black hole-naked singularity dualism and the repulsion of two Kerr black holes due to spin-spin interaction
我们报告的可能性相互作用克尔源存在于两个不同的国家-黑洞或裸奇点-这两个国家的特点是相同的质量和角动量。另一个令人惊讶的发现是，尽管两个Kerr黑洞之间不存在平衡，但它们可以相互排斥，这为通过观测天体物理黑洞双星来实验探测自旋-自旋排斥力提供了很好的机会。
2019-03-18 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Toward Black Hole Stars: supermassive black hole growth in nuclear clusters via stellar-object and gas accretion
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；University of Oxford（牛津大学）
研究提出通过恒星-物体和气体吸积在核团中形成超大质量黑洞的机制，预测高红移下的潮汐破坏事件率，并解释其对星系核形成的影响。
2026-03-17 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Can the Reissner-Nordström black hole or Schwarzschild black hole be the stable Planck-scale particle accelerator?
结果表明，在考虑粒子的反作用效应和引力效应的情况下，极端Reissner-Nordström黑洞、多散射粒子的非极端黑洞和径向迎头粒子的Schwarzschild黑洞在视界附近粒子碰撞下是稳定的.此外，在具有天体物理典型质量的Reissner-Nordström黑洞附近的碰撞不能产生普朗克尺度的质心能量.然而，典型的原始黑洞附近的正面碰撞可能只发生在普朗克能量尺度上。
2011-11-22 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Measuring the Black Hole Mass Spectrum from Redshifts of aLIGO Binary Merger Events
高级LIGO（aLIGO）和VIRGO合作观测到的二元黑洞合并事件可以揭示黑洞的起源。许多基于黑洞恒星起源的研究已经显示出恒星黑洞的最大质量，这可以从观测到的黑洞质量分布中测量或限制。本文指出，观测到的并合事件的红移分布可以为研究黑洞质量分布提供补充信息，因为可探测性将事件红移与黑洞质量联系起来。根据观测到的5个事件，利用Kolmogorov-Smirnov检验，我们发现在90%置信水平下，当较重的黑洞的负幂律指数为2.3时，恒星黑洞质量的最大值被限制在$76\,M_\odot$以下.随着aLIGO灵敏度的提高，可以获得几十个合并事件，我们估计最大质量将被限制在$10\,M_\odot$精度。
2019-03-22 astro-ph.HE hep-ph
Formation Redshift of the Massive Black Holes Detected by LIGO
我们比较了LIGO探测到的事件率密度与孤立恒星祖先的同动数密度，并找到了它们形成红移的范围。我们的极限取决于制造黑洞（BH）的阈值质量，但对它们的祖先的金属丰度只有微弱的影响。如果所有BH的$10 \%$都在合并双星中，那么$ 2< z_f < 9 $已经形成了足够的祖先。
2019-02-24 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
The role of relativistic jets in the heaviest and most active supermassive black holes at high redshift
在强大的射电宁静的活动星系核（AGN）中，质量超过10亿个太阳质量的黑洞以约1.5-2的红移形成。在射电大喷流活动星系核中的超大质量黑洞似乎形成得更早，红移接近4。因此，活动的射电强活动星系核与射电静活动星系核的比率是红移的一个相当强的函数，而活动星系核中存在着重黑洞。我们报告了一些支持这一结论的最新证据，这些证据是从突发警报望远镜（BAT，Swift）和大面积望远镜（LAT，Fermi）收集的。我们认为，相对论性喷流在最大质量的黑洞中出现的频率较高，在高红移，与后来的时间相比，可能是由于平均黑洞自旋在遥远的过去更大，或者喷流有助于快速吸积速率（或两种情况的某种组合）。我们强调，大的总吸积效率的快速旋转黑洞抑制快速增长，除非大部分的可用引力能量的吸积质量不转化为辐射，但用于形成和维持一个强大的喷流。
2013-05-13 astro-ph.CO astro-ph.HE
Redshift Evolution of the Black Hole Merger Rate from Globular Clusters
随着当前和未来引力波探测器灵敏度的提高，测量双星黑洞合并速率随红移的演化将成为可能。在这里，我们结合详细的适合国家的最先进的动力学模型的二进制黑洞形成在密集的星团与宇宙学模型的团簇形成整个宇宙时间。我们发现在局域宇宙中典型的合并率为14 $\rm{Gpc}^{-3} \rm{yr}^{-1}$，合理的范围为4-18 $\rm{Gpc}^{-3} \rm{yr}^{-1}$，这取决于星系团破裂率和星系团初始质量函数。这个速率在红移$z=2.7$之前增加6倍，然后在更高的红移处下降。我们比较合并率从集群中产生的二进制类似的估计孤立的二进制和三进制在银河领域，并讨论了各种方式，这些不同的形成渠道可以加起来到目前的合并率由LIGO/室女座观察。
2018-09-24 astro-ph.HE
Applying Cosmological Principle to Better Probe the Redshift Evolution of Binary Black Hole Merger Rate
引力波告诉我们观测信号产生的可能距离。当结合多个观测时，这些信息被用于合并率红移演化的建模。这是双星黑洞布居分析的一个重要方面，有望与宇宙的恒星形成历史或星团的动力学演化有着密切的联系。至少，它可以探测到恒星形成和残余物合并之间的时间延迟。然而，由于双星的倾角和光度距离之间的简并，测量的光度距离有很大的不确定性，限制了我们精确测量合并红移分布的能力。在这封信中，我们表明，通过施加宇宙学原理，有可能抑制这种不确定性，更好地区分不同的分布建模的红移演化的二进制黑洞合并率。此外，我们表明，通过与不施加这种压力的分析进行比较，我们可以探索宇宙学原理。
2020-12-16 astro-ph.HE
Bounds on Black Hole Spins
结合48个扩展射电源的射束功率和黑洞质量，得到了超大质量黑洞自旋和磁场强度的下界。这是在Blandford & Znajek（1977）（“BZ”模型）和Meier（1999）模型的背景下完成的;建议在其他模型的背景下对边界进行参数化。在BZ模型中得到的非常强大的经典双射电源的边界是一致的黑洞自旋的顺序统一的源在高红移。黑洞的自旋是最大的最高红移的来源和减少的来源在较低的红移，研究的来源有红移之间的0和2。与中央主导星系相关的低功率射电源可能具有明显小于1的黑洞自旋。结合这一分析与其他结果表明，与强大的射电星系相关的黑洞自旋的最大值从红移为2时的单位阶数下降到红移为0时的0.7阶数，而较低功率的射电源的自旋值范围约为0.1至0.8。这些黑洞自旋值减少，如果数据被认为是在上下文中的迈耶模型，而不是BZ模型。
2009-03-27 astro-ph.CO astro-ph.HE
Compact Binaries in Star Clusters I - Black Hole Binaries Inside Globular Clusters
我们研究了星团中的紧凑的二进制人口，重点是包含黑洞的二进制，使用自洽的Monte Carlo处理动力学和完整的恒星演化。我们发现，黑洞经历强烈的质量分离，成为集中。在核心中，黑洞之间的相互作用非常强烈，形成了非常有效的黑洞-黑洞双星。然而，强相互作用也会破坏或弹出黑洞-黑洞双星。在我们的模拟中，我们没有发现黑洞-黑洞合并，但产生了许多硬逃逸者，它们将在哈勃时间内合并到银河系中。我们还发现了几个高度偏心的黑洞-黑洞双星是潜在的LISA源，这表明星团是天基探测器的有趣目标。我们的结论是星团必须考虑到预测紧凑的二进制人口统计。
2010-09-16 astro-ph.HE astro-ph.SR
