Measuring the Innermost Stable Circular Orbits of Supermassive Black Holes
本文提出了一种测量超大质量黑洞的倾斜角(i)、最内层稳定圆轨道(ISCO)和自旋的新方法--g分布法。g-分布方法使用的相对论铁线的能量变化的测量所发射的吸积盘的超大质量黑洞由于微透镜的恒星在前景星系相对于g-分布的变化预测从微透镜焦散计算。我们将该方法应用于引力透镜类星体RX J1131-1231(z_s=0.658,z_l=0.295),QJ 0158-4325(z_s=1.294,z_l=0.317)和SDSS 1004+4112(z_s=1.734,z_l=0.68)。对于RX J1131-1231,我们的初步结果表明,r_ISCO<8.5引力半径(r_g),i > 76度。我们检测到两个移动Fe线,在几个观察,在我们的数值模拟焦散交叉预测。目前RX J1131-1231的Δ E分布是稀疏采样的,但对RX J1131-1231和其他透镜类星体的进一步X射线监测将提供对遥远类星体的黑洞的倾斜角、ISCO半径和自旋的改进约束。
2017-02-01 astro-ph.HE
A candidate supermassive black hole in a gravitationally-lensed galaxy at $z\approx10$
本研究利用Chandra和JWST观测,在红移z≈10的引力透镜星系GHZ 9中发现一个候选X射线活动星系核,推断其黑洞质量约8×10^7太阳质量,表明其起源于重种子,并构建了首个延伸至z≈10的AGN光度函数,揭示了该红移处黑洞数量过剩及高于预期的种子形成效率。
2024-03-21 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational Lenses as High-Resolution Telescopes
活动星系的内部区域拥有宇宙中最极端和最具活力的现象,包括相对论喷流,超大质量黑洞双星和反冲超大质量黑洞。然而,这些来源中的许多不能通过直接观察来解决。我回顾如何强大的引力透镜可以用来阐明这些来源的结构,从射频到非常高的能量伽马射线。星系周围的深层引力势就像天然的引力透镜。这些引力透镜将背景源分成多个图像,每个图像都有引力引起的时间延迟。透镜图像的这些时间延迟和位置取决于源位置,并且因此可以用于推断发射的空间起源。例如,利用引力引起的时间延迟可以将现代伽马射线仪器的角分辨率提高六个数量级,并提供证据表明伽马射线爆发甚至可以从超大质量黑洞产生数千光年,并且紧凑的无线电发射并不总是跟踪超大质量黑洞的位置。这些发现提供了关于活动星系中心结构的独特物理信息,迫使我们修改粒子加速机制的运行模型,并挑战我们关于致密射电辐射起源的假设。未来的调查,包括LSST,SKA和欧几里得,将提供数十万引力透镜源的观测,这将使我们能够应用强大的引力透镜来研究大型源的多波长结构。这个大型的引力透镜活动星系群将使我们能够阐明多波长辐射的物理起源,它们与超大质量黑洞的联系,以及它们的宇宙演化。
2018-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.ins-det
Wave-Optics Imprints of Dark Matter Subhalos on Strongly Lensed Gravitational Waves
GRAPPA Institute, University of Amsterdam(阿姆斯特丹大学 GRAPPA 研究所);Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo(东京大学 Kavli 宇宙物理与数学研究所(WPI))
通过引力波强透镜效应探测暗物质次亚结构,利用LISA频段内的频率依赖性放大效应,揭示亚星系尺度暗物质结构。
2026-03-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Reflection From the Strong Gravity Regime in a z=0.658 Gravitationally Lensed-Quasar
超大质量黑洞与其宿主星系在宇宙时间中的共同演化被编码在其自旋中。在$z>2$,超大质量黑洞被认为主要是通过合并驱动的吸积导致高自旋而生长的。然而,在$z\sim1$以下,这些黑洞是通过相干吸积还是以混沌的方式继续增长,这是未知的,尽管预测它们的自旋演化有明显的差异。测量黑洞自旋的一个既定方法是通过研究来自内吸积盘的相对论反射特征。由于它们的距离更远,迄今为止还没有在中等红移类星体中发现相对论反射特征。在这里,我们使用档案数据与一个新的,在$z=0.658$引力透镜类星体的深度观测严格检测和研究在这个中等红移类星体的反射。在这个反射光谱中存在的相对论性畸变水平使我们能够将发射限制在来自黑洞的$\lesssim3$引力半径内,这意味着在$3σ$置信水平上的自旋参数$a=0.87^{+0.08}_{-0.15} $和在$5σ$水平上的$a>0.66$。这里发现的高自旋是通过相干吸积这个黑洞的增长的指示,并建议$0.5\lesssim z \lesssim 1$之间的黑洞增长主要发生在相干吸积事件,而不是混乱。
2014-03-19 astro-ph.HE
Constraining binary mergers in AGN disks using the non-observation of lensed gravitational waves
Utrecht University(乌得勒支大学);Nikhef(荷兰国家核与粒子物理研究所)
本研究提出利用未观测到的透镜化引力波信号约束AGN盘中双黑洞的占比,分析了当前及下一代探测器的约束能力,为验证AGN盘是否为双黑洞主要形成通道提供了新方法。
2025-10-30 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Galaxies as High-Resolution Telescopes
最近的观测表明,活跃星系的人口与毫角秒之间的光学和无线电发射的偏移。这种偏移可能是与超大质量黑洞相关的极端现象的指示,包括相对论性喷流,二元超大质量黑洞,甚至反冲超大质量黑洞。然而,活动星系在几毫角秒的多波长结构无法通过直接观测来理解。我们建议使用强引力透镜来解释光源的多波长结构。当光源靠近透镜星系的焦散面时,即使光源位置的微小偏移也会导致海市蜃楼图像的位置和放大率的巨大差异。我们表明,在海市蜃楼图像的观察位置的源的位置的角偏移可以放大超过50倍。我们发现,至少有8%的引力透镜类星体将在焦散配置。SKA和Euclid之间的协同作用将为数千个焦散配置的引力透镜源提供一组理想的观测结果,这将使我们能够阐明大量源的多波长结构,并研究无线电发射的物理起源,它们与超大质量黑洞的联系以及它们的宇宙演化。
2017-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Searching for Gravitational Waves with Strongly Lensed Repeating Fast Radio Bursts
自从快速射电暴(FRB)被偶然发现以来,它引起了观测者和理论家的极大关注。一种新的具有宽视场的射电望远镜使FRB观测的快速积累成为可能,证实了FRB起源于宇宙学距离。FRB的高发生率和新仪器的发展,以观察他们创造了机会,FRB被用于一系列的天体物理学和宇宙学研究。我们专注于罕见的,尚未被发现的,FRB的子集,经历反复爆发,并强烈引力透镜的介入结构。一个非常精确的时间的突发到达时间是可能的强透镜重复FRB,我们展示了这种时间精度如何使长波长引力波的搜索,包括那些来源于超大质量黑洞二进制系统。强透镜重复FRB爆发到达的时间对FRB宿主星系附近的引力波源很敏感,这可能位于宇宙学距离处,因此通过其他手段探测极具挑战性。强透镜FRB的定时也可以与脉冲星定时阵列数据相结合,以搜索穿过地球的引力波的相关时间延迟特性。
2021-08-01 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Diffraction around caustics in gravitational wave lensing
本文研究引力波透镜焦散线附近的波动衍射,推导三类焦散线的振幅与相位解析结果,并通过模拟信号的 Bayesian 参数估计证明其可用于识别透镜引力波事件。
2025-08-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Supermassive Black Hole Spin Constraints from Polarimetry in an Equatorial Disk Model
事件视界望远镜发布了超大质量黑洞梅西耶87*(M87*)和人马座A*(Sgr A*)吸积盘的偏振图像。随着越来越多的图像被制作出来,我们对来自事件视界附近的平均偏振辐射的理解也在提高。在这封信中,我们使用一个半解析模型的光学薄,赤道附近的克尔黑洞的发射研究如何自旋约束遵循的平均偏振螺旋螺距角的测量。我们专注于M87* 的情况下,并探讨如何直接,弱透镜图像螺旋耦合到强透镜间接图像螺旋,以及如何精确测量两者提供了一个强大的自旋示踪剂。我们发现一个通用的结果,自旋扭曲的直接和间接的图像偏振方向相反。使用网格搜索模型参数,我们发现产生的自旋约束的等离子体性质附近的地平线上的强烈依赖。网格约束表明,在合理的假设下,吸积盘,测量的直接和间接的图像螺旋螺距角$\pm 5^\circ$产生无量纲的自旋振幅测量与不确定性$σ_{|a_*|}\sim0.25$径向下落模型,但在其他方面提供的只有弱约束,$1^\circ$的误差可以达到$σ_{|a_*|}\sim0.15$。我们还发现,一个良好的约束旋转措施大大提高自旋测量。假设赤道速度和磁场方向相反,我们发现,所观察到的M87* 极化模式有利于模型与强大的径向速度分量,这是接近未来的自旋测量的最佳。
2024-12-09 astro-ph.HE
Towards the event horizon -- the supermassive black hole in the Galactic Center
我们银河系的中心拥有宇宙中最受约束的超大质量黑洞,人马座A *(Sgr A *)。它的质量和距离已经分别从恒星轨道和自行研究中准确地确定,它的高频无线电和高度可变的近红外和X射线发射来自事件视界的几个史瓦西半径内。广义相对论(GR)预言了黑洞阴影的出现,它是事件视界的透镜图像。这个阴影可以通过非常长的基线无线电干涉测量和测试GR的基本预测及其替代方案来解决。在本文中,我们回顾了我们目前的理解的物理性质的Sgr A *,特别强调的无线电特性,黑洞的阴影,和模型的排放和外观的来源。我们认为,银河系中心具有巨大的潜力,实验测试的黑洞吸积和引力理论在其强极限。
2013-11-07 astro-ph.HE gr-qc
Evidence for an intermediate-mass black hole from a gravitationally lensed gamma-ray burst
如果伽玛射线暴在宇宙学距离上,它们必然偶尔受到引力透镜的影响。具有毫秒到秒时间延迟的透镜图像的检测为中等质量黑洞提供了证据,这是一个难以观察的群体。一些研究已经在伽马射线暴的光变曲线中寻找这些延迟,这将表明一个干涉的引力透镜。在观测到的$\sim 10^4$伽马射线暴中,有少数声称的透镜探测,但没有一个在统计上是可靠的。在这里,我们提出了一个贝叶斯分析识别引力透镜的光变曲线的GRB 950830。推断出的透镜质量取决于未知的透镜红移$z_l$,由$(1+z_l)M_l = 5.5^{+1.7}_{-0.9}\times 10^4 $ M $_\odot$给出(90%可信度),我们将其解释为中等质量黑洞的证据。最有可能的组态,具有透镜红移$z_l\sim 1$和伽马射线暴红移$z_s\sim 2$,产生现今数密度为$n_\text{imbh}\approx 2.3^{+4.9}_{-1.6}\times10^{3} \text{ Mpc}^{-3}$(90%可信度),无量纲能量密度为$Ω_\text{imbh} \approx 4.6^{+9.8}_{-3.3}\times10^{-4}$。该检测的虚警概率是具有试验因子的$\sim0.6\%$。虽然GRB 950830有可能被球状星团透镜化,但这不太可能,因为我们推断的宇宙密度与球状星团$Ω_\text{gc} \approx 8 …
2021-03-29 astro-ph.HE gr-qc
Evolution of LISA Observables for Binary Black Holes Lensed by an SMBH
研究被附近超大质量黑洞引力透镜化的双黑洞在 LISA 频带内外的引力波信号演化,指出其可能干扰全局拟合模型,并有助于测量 AGN 倾角、内盘翘曲及 SMBH 自旋。
2025-09-18 astro-ph.HE
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
Gravitational Lensing of Gravitational Waves from Astrophysical Sources: Theory, Detection, and Applications
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家天文台);School of Astronomy and Space Sciences, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学天文学与空间科学学院)
本文探讨引力波透镜效应的理论、探测方法及应用,分析其在宇宙学和基础物理中的潜力。
2026-05-16 astro-ph.HE gr-qc
The diffraction-lensing interpretation of GW231123 with astrophysical priors
School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study(高等研究院自然科学院);Center for Gravitational Physics, University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校引力物理中心);Department of Physics, University of California, Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校物理系);International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究所国际理论科学中心);Kavli Institute for Cosmological Physics, The University of Chicago(芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所);Chennai Mathematical Institute(金奈数学研究所)
研究GW231123,通过采用GWTC - 5总体分布为源参数先验,利用透镜光学深度量化透镜假设先验,探讨其是否被衍射透镜化,结果表明检测到此类透镜化事件不太可能,结论适用于孤立透镜。
2026-07-27 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
An equal mass ratio supermassive binary black holes in Q J0158-4325 with periodic microlensing signature?
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家天文台);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)
本研究通过三盘吸积模型模拟微引力透镜光变和能谱分布,发现Q J0158-4325的周期性微引力透镜变化最可能由等质量比(q~1)的超大质量双黑洞系统(总质量~10^9.5 M⊙)解释。
2026-09-18 astro-ph.HE
Evidence for a milliparsec-separation Supermassive Binary Black Hole with quasar microlensing
我们报告了引力透镜类星体QJ 0158 - 4325的15年光学光变曲线的周期性振荡。在2003年至2010年期间,类星体的微弱透镜图像经历了高放大率微透镜事件,信号得到增强。我们测量$P_{o}=172.6\pm0.9$天的周期。我们探索四种情况来解释周期性的起源:1-高放大率微透镜事件是由于透镜星系中的双星,2-QJ 0158 - 4325包含一个大质量的双黑洞系统,处于合并前的最后动力学阶段,3-类星体吸积盘包含围绕黑洞的开普勒运动的明亮不均匀性,(4)吸积盘处于进动状态。在这四种情况下,只有一个超大质量的双黑洞可以解释这两个短的观测周期和信号的振幅,通过振荡的吸积盘朝向和远离高放大率区域的微透镜焦散。短的测量周期意味着轨道的半长轴是$\sim10^{-3}$ pc,合并的时间尺度是$t_{coal}\sim1000$年,假设轨道的衰变完全由引力波的发射提供动力。观测到一个如此接近合并的系统的可能性表明,要么是超大质量黑洞双星的数量比预测的要多得多,要么更有可能是其他机制显著增加了合并的时间尺度。二元黑洞假说的三个检验包括:i)在任一图像中的任何未来微透镜事件期间光度监测中的振荡的重现,ii)多普勒频移的光谱检测(最高0.01 $c$),以及iii)通过脉冲星定时阵列实验探测引力波,例如SKA,其将具有探测$\sim$ 100纳赫兹发射的灵敏度。
2022-12-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Stellar-mass microlensing of gravitational waves
当引力波穿过星系透镜的核星团时,它们可能会被恒星微透镜化。由于波形叠加,这种微透镜效应可以在波形上引起潜在的可观察到的拍频图案,并放大信号。一方面,拍频模式和放大率可能导致首次探测到微透镜引力波。另一方面,微透镜在强透镜使用情况下引入系统误差,例如定位和宇宙学研究。我们表明,衍射效应是很重要的,当我们考虑GWS在LIGO频带透镜的质量$\lesssim 100 \, \rm M_\odot$的对象。我们还表明,星系托管的微透镜改变定性的透镜配置,所以我们不能把微透镜孤立的质点透镜时,涉及强透镜。我们发现,恒星透镜与质量$\sim 1 \, \rm M_\odot$,衍射效应显着抑制微透镜放大。因此,我们的研究结果表明,引力波透镜的典型星系或星系团透镜可以提供一个相对干净的环境来研究透镜系统,没有恒星透镜的污染。我们讨论了强透镜科学案例的潜在影响。更复杂的微透镜配置将需要进一步研究。
2020-12-14 astro-ph.HE gr-qc
Einstein ring fingerprint around supermassive black holes illuminated by broad line region spectral lines
Aristotle University of Thessaloniki(塞萨洛尼基亚里士多德大学);Academy of Athens(雅典科学院)
本文提出利用宽线区谱线作为背景照明源,以获得不受ISCO附近辐射干扰的SMBH光环清晰图像,并指出由此产生的爱因斯坦环可作为强引力透镜效应的确凿信号,在可分辨源中还可辅助测量黑洞质量。
2026-10-07 astro-ph.HE gr-qc
Modeling the motion of a bright spot in jets from black holes M87* and SgrA*
研究了吸积黑洞喷流中亮斑的广义相对论运动。在Kerr时空框架下,沿亮点轨迹的离散时间间隔数值计算了运动亮点的相应透镜图像。作为代表性的例子,我们考虑的情况下,超大质量黑洞SgrA* 和M87*。对黑洞喷流中运动亮点的天体物理观测为强场极限下各种引力理论的验证提供了独特的可能性。
2021-08-31 astro-ph.HE gr-qc
The Two $z\sim 13$ Galaxy Candidates HD1 and HD2 Are Likely Not Lensed
在$z\sim 13$发现了两个紫外线明亮的星系候选者,HD1和HD2,为研究早期宇宙的新竞赛奠定了基础。先前的研究表明,它们要么是由超大质量黑洞提供动力,要么是由恒星形成的极端短暂爆发提供动力。考虑到它们的不确定性,我们研究这些源是否可以被一个迄今未被探测到的,暗淡的前景星系所透镜化。我们发现,在目前的极限星等与HD1和HD2的成像,只有一个$7.39\%$的概率,他们强烈透镜的球形偏转器和假设的透镜星系太微弱,无法检测到。同时,由于哈勃太空望远镜(HST)和詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的极限星等,理论概率将分别急剧下降到$0.058\%$和$0.0012\%$。我们进一步发现,这两个来源的光度可以占透镜,产生一个单一的,解决了足够高的放大率的图像是不可能的。或者,在不太可能的情况下,它们的亮度是由椭圆等温星系的透镜效应造成的,有一个$30.9 \%$的可能性,透镜星系太暗了,在当前的极限星等下无法观察到。未来的HST(JWST)成像将把这种可能性降低到$0.245 \%$($0.0025 \%$)。总而言之,虽然需要使用HST和JWST进行深度成像以完全放弃透镜假说,但这两个$z \sim 13$源的异常亮度不太可能由引力透镜解释。
2022-12-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Identifying multiple images of gravitational-wave sources lensed by elliptical lensing potentials
本文利用奇异等温椭球模型研究椭圆透镜对引力波的强透镜效应,发现三像模板相比双像模板可将波形失配降低1.5至5倍,并确定了几何光学近似的适用质量范围,强调多像模板对提升引力波探测效率与准确性的关键作用。
2025-07-04 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Self-lensing flares from black hole binaries II: observing black hole shadows via light-curve tomography
超大质量黑洞(BH)双星被认为是产生自透镜耀斑(SLF)时,两个黑洞对准视线。如果观测到双星轨道几乎是从侧面,我们会发现一个明显的特征,那就是由透镜黑洞的黑洞阴影所留下的光变曲线。我们研究这个功能的光线跟踪在一个二进制模型,并预测,1\%的当前的二进制候选人可以显示此功能。我们的BH层析成像方法,这里提出可以提取BH阴影,是空间上无法分辨的高分辨率VLBI。
2021-12-27 astro-ph.HE gr-qc
To see invisible: image of the event horizon within the black hole shadow
银河系中心的超大质量黑洞SgrA* 对于遥远的观察者来说是什么样子的?这取决于周围热物质对黑洞的突显。如果有一个静止的发光背景,就可以看到黑洞的阴影(光子俘获截面)。黑洞的事件视界本身是直接不可见的。然而,一个更紧凑的(相对于黑洞阴影)投影的黑洞事件视界上的天球可以通过检测的高度红移光子发射的非稳态发光物质陷入黑洞和接近事件视界。对于一个遥远的观测者来说,把这种事件视界在天球上的重建投影称为“透镜事件视界像”或简称为“事件视界像”是合适的。这个事件视界图像被放置在天球上黑洞阴影的位置内。令人惊讶的是,事件视界的图像是一个引力透镜投影在天球上的整个表面的事件视界球。结果,可以同时从前侧和后侧观看黑洞。透镜化的事件视界图像可以被认为是黑洞的真实轮廓。例如,在事件视界图像的黑暗北半球是存在薄吸积盘的黑洞轮廓的最简单模型。
2019-05-12 astro-ph.HE gr-qc
High Frequency Gravitational Waves from Supermassive Black Holes: Prospects for LIGO-Virgo Detections
通常认为,地面引力波(GW)仪器对超大质量黑洞(SMBH)不敏感,因为GW的特征频率远低于地面探测器的~ 10 - 1000 Hz灵敏度波段。然而,在这里,我们探索SMBH引力波泄漏到更高频率的可能性。特别地,如果高频谱尾渐近于h(f)~ f^{-alpha},其中alpha<=2,则在固定频率f>>c^3/GM处,谱振幅是质量M的常数或增函数。如果时域波形或其导数表现出不连续性,则会发生这种情况。地面仪器可以搜索这些普遍的光谱尾,以探测或排除这些特征,而不管它们的来源。我们确定了以下过程,可能会产生高频信号:(一)引力轫致辐射的超相对论性物体在附近的SMBH,(二)振铃模式激发的外部过程,具有高频分量或终止突然,(三)引力透镜回波和衍射。特别是对于(iii),SMBHs产生GW回声的星系核中的螺旋恒星质量双星的延迟几分钟到几个小时。如果双星在SMBH后面相对于距SMBH距离r处的视线的~10度(r/100 M)^{-1/2}圆锥内,则透镜化的主信号和GW回波被放大。对于SMBH附近的其余双星,GW回波的幅度平均约为主信号的0.1(r/100 M)^{-1}。
2012-12-08 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Visible shapes of black holes M87* and SgrA*
我们回顾了银河系M87星系和SgrA星系中的超大质量黑洞M87* 可能的可见光图像的物理起源。当黑洞后面有发光背景时,在超过所谓的光子球的距离上,可以看到最大尺寸的经典暗黑洞阴影。如果黑洞被光子球内部发光的吸积物质的内部部分所突出,那么黑洞事件视界的明显较小的黑影(黑色轮廓)是可见的。由事件视界望远镜合作获得的第一张超大质量黑洞M87 * 图像显示了黑洞事件视界球南半球的透镜暗像,由吸积物质突出显示,而经典的黑洞阴影根本看不见。事件视界望远镜(EHT)图像上暗点的大小与薄吸积盘模型中黑洞自旋$a\gtrsim0.75$的高值或中等值情况下暗事件视界轮廓的相应大小一致。
2021-12-26 astro-ph.HE gr-qc
Millimeter emission from supermassive black hole coronae
本研究构建了含热与非热混合等离子体的超大质量黑洞冕辐射模型,通过拟合射电到远红外的SED分析毫米波辐射特性,应用于射电宁静AGN样本得到冕的关键物理参数,为高红移及尘埃遮蔽源的研究提供新窗口。
2025-06-27 astro-ph.HE
X-ray monitoring of gravitationally lensed radio-loud quasars with Chandra
利用\textit{Chandra X-Ray Observatory}的X射线数据,结合成像和光谱分析,计算了3个引力透镜射电噪类星体B1422 +231,MG 1 J 0414 +0534和Q10957 +561的未分辨X射线发射区的大小.在MG 1,J 0 4 14 + 0 5 34和Q 1,0 95 7 + 5 6 1中初步检测到FeK $α$发射谱线,显著性超过95%,而在B 1,14 2 2 + 2 31中未检测到FeK $α$发射谱线。我们从吸收校正的计数率构建微分微透镜光曲线。我们随后对X射线微透镜光变曲线进行了微透镜分析,以根据贝叶斯或极大似然概率测量软(0.83--3.6 keV)、硬(3.6--21.8 keV)和全(0.83--21.8 keV)波段的X射线源大小。对于B1,1422 +231,两种方法的大小彼此一致,例如$R_X^{hard}/R_G = 6.17\pm5.48 \text{ (Bayesian), } 11.81\pm3.75 \text{ (maximum likelihood)}$,其中$R_G=GM_{BH}/c^2)$。然而,对于MG 1,J 0414 +0534和Q 1,0957 +561,这两种方法产生完全不同的结果,这表明需要具有更好的信噪比的更频繁采样的数据来测量这两个对象的源大小。将获得的尺寸值与文献中的射电宁静样本进行…
2019-09-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
Gravitational Lensing of a star by a rotating black hole
数值计算了有限长恒星围绕旋转Kerr黑洞运动时的引力透镜效应。计算了以3.22 h的轨道周期绕银河系中心超大质量黑洞SgrA* 运动的恒星的直接像和第一、二次光回波。计算并绘制了观测恒星在天球上的位置、恒星辐射通量、探测到的辐射频率、透镜星像的长半轴和短半轴随时间的变化曲线。这种透镜效应的详细观测需要空间干涉仪,如俄罗斯的毫米波项目。
2018-02-02 astro-ph.HE gr-qc
Effects of Kerr Strong Gravity on Quasar X-ray Microlensing
最近的类星体微透镜观测限制了X射线发射区域的大小,使其在中心超大质量黑洞的10个引力半径之内。因此,透镜类星体发射的X射线首先被黑洞强烈透镜化,然后才被前景星系和恒星场透镜化。我们提出了一个方案,结合克尔黑洞的初始强透镜与标准的线性微透镜介入恒星。我们发现,X射线微透镜光变曲线纳入克尔强引力可以显着不同于标准曲线。光变曲线中的涨落幅度可以通过引入克尔强引力而增加或减少约0.65-0.75等。较大的倾斜角在微透镜光变曲线中给出较大的振幅波动。因此,目前的X射线微透镜观测可能低估或高估了X射线发射区域的大小。我们使用基于幅度波动幅度的简单度量来估计这种偏差。X射线发射区的半光半径可被低估高达~50%或高估高达~ 20%。在我们调查过的大多数情况下都发现了低估。唯一的例外是大自旋,径向平坦的发射轮廓的磁盘,并观察几乎面对,在高估被发现。因此,更准确的微透镜尺寸约束,应包括克尔透镜获得。包括克尔强引力后,焦散渡越时间可能相差数月。同时监测引力透镜类星体的X射线和光学波段与密集采样的X射线光变曲线可能会揭示这一特点。我们的结论是,它应该是可能的,以约束重要的参数,如倾角和黑洞自旋结合克尔和微透镜效应。
2012-11-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Resolving the Vicinity of Supermassive Black Holes with Gravitational Microlensing
本研究针对LSST巡天将发现的大量强透镜类星体焦散线微透镜事件,构建考虑相对论效应的内吸积盘模拟,证明可通过光变曲线拐点约束ISCO尺寸,且卷积神经网络能更可靠预测ISCO尺寸、还原源取向,为探测超大质量黑洞周边提供方法支撑。
2024-06-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
Toward determining the number of observable supermassive black hole shadows
我们提出的阴影分辨超大质量黑洞(SMBH)系统,可以使用无线电干涉仪,作为角分辨率,通量密度灵敏度和观测频率的函数检测的数量估计。占跨质量,红移和吸积率的SMBHs的分布,我们使用一个新的半解析的光谱能量分布模型,推导出可检测的和光学薄的视界尺度发射SMBHs的数量。我们证明了以${\sim}0.1$ $μ$为分辨率和${\sim}1$ $μ$ Jy灵敏度的(亚)毫米干涉观测可以访问${>}10^6$ SMBH阴影。然后,我们进一步将阴影源计数分解为我们可以预期观察到一阶和二阶透镜光子环的黑洞数量。对一阶光子环的大量布居进行计数需要${\lesssim}2$ $μ$作为分辨率和${\lesssim}0.5$ mJy灵敏度,而对二阶光子环进行同样的计数需要${\lesssim}0.1$ $μ$作为分辨率和${\lesssim}5$ $μ$ Jy灵敏度。我们的模型预测,随着灵敏度的适度提高,多达$\sim$ 5的额外视界分辨源应该可以被当前的事件视界望远镜(EHT)访问,而在345 GHz观测的下一代EHT应该可以访问${\sim}$ 3倍的源。更一般地说,我们的研究结果可以帮助指导当前阵列的增强和未来干涉实验的规格,旨在空间解决大量的SMBH阴影或高阶光子环。
2022-01-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
Multiwavelength periodic microlensing signatures of macrolensed supermassive binary black holes
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家天文台);School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学天文学与空间科学学院)
研究透镜类星体的微引力透镜效应,分析超大质量双黑洞系统的多波段光变曲线周期特征,发现质量比决定周期,紫外和X射线波段振幅更大,结合能谱分布可约束系统参数。
2026-07-02 astro-ph.GA astro-ph.HE
Silhouettes of invisible black holes
在广义相对论中,孤立的黑洞是不可见的,因为从事件视界传播到远处观测者的光子有无限大的红移。然而,在被黑洞引力场透镜化的物质辐射背景上,可以看到黑洞的黑影(剪影)。黑洞阴影是被黑洞捕获的光子的截面在天球上的投影。如果照明背景在黑洞后面很远的地方(距离远大于事件视界半径),也可以观察到最大尺寸的经典黑洞阴影。如果同一个黑洞被邻近事件视界的吸积盘内部照亮,就可以观察到一个最小尺寸的阴影。在这种情况下,吸积黑洞的阴影是事件视界的北半球或南半球的透镜图像,取决于黑洞自旋轴的方向。在事件视界望远镜拍摄的超大质量黑洞M87* 的第一张照片中,可以看到事件视界南半球的黑色轮廓。吸积物质的亮度远高于通常的天体物理定常背景,即大量恒星或大面积热气云。由于这个原因,在非常明亮的吸积物质存在的情况下,观察到黑洞阴影是不可能的。
2020-08-28 astro-ph.HE gr-qc
Accretion Onto the Supermassive Black Hole in the High-redshift Radio-loud AGN 0957+561
我们目前的结果,我们的X射线,紫外线和光学监测活动的第一个引力透镜活动星系核从2009年底到2010年中期。AGN 0957+561的尾部(B)图像显示了根据gr光学波段中的前导(A)图像的观测预先预测的内在连续变化。B图像的这种多波长变化使我们能够在红移z = 1.41的射电大声AGN 0957+561中进行混响映射分析。我们发现,U波段和R波段光变曲线与g波段记录高度相关,领先和落后3 +/- 1天(U波段)和4 +/- 1天(R波段)。这些1-sigma测量结果与这样一种情况是一致的,即起源于超大质量黑洞附近的耀斑在距离中心黑暗物体约10-20史瓦西半径的标准吸积盘中进行热再处理。我们还报告说,与幂律谱的X射线发射的光变曲线相对于那些在UGR波段延迟约32天。因此,中心驱动源不可能是发射所观察到的幂律X射线的标准日冕。这一结果也得到了X射线再处理模拟和0957+561光谱中不存在X射线反射特征的支持。我们合理地解释了缺乏反射和32天的延迟作为一个幂律的X射线源在一个典型的高度约200史瓦西半径的喷流的基础上的证据。中心EUV源将驱动0957+561的可变性。
2011-09-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Estimating the Lensing Probability for Binary Black Hole Mergers in AGN disk by Using Mismatch Threshold
Huazhong University of Science and Technology(华中科技大学);Los Alamos National Laboratory(洛斯阿拉莫斯国家实验室)
本研究通过计算阈值匹配度与信噪比的关系,估计AGN盘中双黑洞并合的引力透镜概率,发现其比以往估计高数倍,对BBH形成机制的约束具有重要意义。
2026-03-13 astro-ph.HE hep-ph
Relativistic Signatures of Flux Eruption Events Near Black Holes
使用非常长的基线干涉测量法产生的超大质量黑洞的图像提供了一条直接观察高度弯曲时空效应的途径,例如由强透镜发射产生的明亮的"光子环“。此外,超大质量黑洞附近的辐射变化很大,经常观测到明亮的高能耀斑。我们表明,固有的可变性可以引入显着的相关变化的相对亮度的光子环。我们分析了半分析玩具模型和具有磁通量喷发事件的GRMHD模拟,表明它们各自在相对光子环亮度与总通量密度的空间中表现出特征性的“循环”。对于以高倾角观察的黑洞,即使总通量密度的变化相对温和,相对光子环亮度也会发生一个数量级的变化。我们表明,引力透镜,多普勒增强,和磁场结构都显着影响这一功能,我们讨论了观察它在M87* 和Sgr A* 的观测与下一代事件视界望远镜的前景。
2022-11-24 astro-ph.GA astro-ph.HE
Birefringence Tomography for Axion Cloud
围绕超大质量黑洞的轴子云可以通过超辐射过程自然产生。它的存在可以通过轴子诱导的双折射效应来检验。它预言了线偏振辐射的电矢量位置角的振荡。基于最近的事件视界望远镜对M87 $^\star$的观测,得到了轴子存在于特定质量窗口的严格限制。未来的甚长基线干涉测量(VLBI)观测将能够测量许多超大质量黑洞的邻近区域,从而为在宽质量区域寻找轴子的存在提供了可能。本文研究了不同的黑洞性质和吸积流对轴子诱导双折射的影响。我们考虑了黑洞倾角、自旋、磁场、等离子体速度分布、吸积流的厚度等因素的影响。我们特别注意的特点所引起的有限厚度的吸积流和透镜光子的冲洗效果。在此基础上,我们展望了如何利用未来的VLBI观测,如下一代事件视界望远镜,优化轴子搜索,以进一步提高灵敏度。
2022-09-28 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Strong-Field Gravitational-Wave Lensing from Ray-Traced Arrival-Time Surfaces
Niels Bohr Institute(尼尔斯·玻尔研究所);CENTRA, Departamento de Física, Instituto Superior Técnico – IST, Universidade de Lisboa – UL(里斯本大学高级技术学院物理中心)
该研究针对黑洞强引力区双星透镜信号,利用零测地线的哈密顿-雅可比方程提出新形式体系,构建无薄透镜近似的时延曲面,实现强场与弱场 regime 间的平滑插值,为计算强场超越几何光学的透镜效应提供透明框架。
2026-10-27 astro-ph.HE gr-qc
Probing cosmic strings via gravitational-wave lensing
Universitat de Barcelona(巴塞罗那大学);Universitat de València(瓦伦西亚大学)
通过引力波透镜探测宇宙弦,利用全波传输因子分析其独特的拓扑和几何特性,推导弦张力的可检测界限,并区分CS透镜与点质量透镜信号。
2026-02-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A Lensing-Band Approach to Spacetime Constraints
本文提出基于透镜带的VLBI观测框架,通过排除无法产生多次穿越赤道平面测地线特征的时空,量化对超大质量黑洞周围时空几何的约束能力,并展示其可消除参数简并。
2024-03-05 astro-ph.HE gr-qc
Evidence for heavy seed origin of early supermassive black holes from a z~10 X-ray quasar
研究借助Chandra数据在z≈10.3透镜星系中发现超大质量黑洞,其质量与宿主恒星质量相当,为早期黑洞起源于重种子提供观测证据。
2023-09-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
Lens Stochastic Diffraction: A Signature of Compact Objects in Gravitational-Wave 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))
该研究提出透镜随机衍射(LSD)方法,利用引力波次级信号探测致密天体,相比单个透镜像识别提升约2.5个数量级,可推广至波动光学以探测暗物质晕和超大质量黑洞。
2026-07-31 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Black Hole Images as Tests of General Relativity: Effects of Spacetime Geometry
超大质量黑洞的图像被光学薄的、辐射效率低的吸积流所包围,就像用事件视界望远镜观察到的那样,其特征是黑洞阴影周围有一个明亮的发射环。在克尔时空中,这个明亮的环,当狭窄时,紧密地跟踪阴影的边界,并且可以通过适当的校准作为它的代理。本文通过考虑两种特殊的时空几何来扩展这一说法的有效性:一种是修正引力理论的场方程的解,另一种是参数偏离克尔但当其偏离参数消失时恢复克尔时空的解。一个协变的,轴对称的分析模型的吸积流守恒定律的基础上,跨越了广泛的等离子体条件的计算合成的非克尔黑洞图像,然后进行分析和表征。我们发现在所有时空中:(i)在确定黑洞图像中观察到的环的直径时,起关键作用的是引力透镜不稳定光子轨道,而不是事件视界或最里面的稳定圆形轨道,(ii)这些图像中的亮环的大小与黑洞阴影的边界成比例,并包围黑洞阴影的边界,即使在明显偏离克尔时,以及(iii)吸积等离子体的物理性质的不确定性对图像的直径和黑洞阴影的直径之间的关系引入次优势修正。这些结果为利用黑洞图像探测和检验超大质量黑洞的时空提供了新的理论依据。
2022-12-08 astro-ph.HE gr-qc
X-ray View of Little Red Dots: Do They Host Supermassive Black Holes?
本研究利用超深Chandra观测和叠加分析探测Abell 2744后方LRDs的X射线辐射,约束其SMBH质量,发现结果显著低于JWST维里估计,质疑相关标度关系在高红移LRDs中的适用性。
2024-06-13 astro-ph.GA astro-ph.HE
Comparison of the ion-to-electron temperature ratio prescription: GRMHD simulations with electron thermodynamics
事件视界望远镜(EHT)合作,一个地球大小的亚毫米射电干涉仪,最近捕获了M87中心超大质量黑洞的第一张图像。这些图像被解释为引力透镜同步辐射从热等离子体轨道周围的黑洞。在低光度活动星系核(如M87)的吸积流中,电子和离子不处于热平衡状态。因此,电子温度,这是重要的热同步辐射在230 GHz的EHT频率,是不是独立确定。在这项工作中,我们调查了常用的参数化离子-电子温度比处方,所谓的R- $β$模型,考虑在230 GHz的图像通过比较与电子加热处方从广义相对论磁流体动力学(GRMHD)模拟磁化吸积流在磁制动盘(MAD)制度与不同的食谱的电子热力学。当比较在230 GHz的图像,我们发现一个非常好的匹配与R- $β$处方和产生的湍流和磁重联加热处方之间的图像。实际上,这种匹配平均而言甚至比将用R- $β$处方构建的图像集与随机选择的图像或与时间平均的图像进行比较时获得的匹配更好。从不同的物理方面,其中包括图像,vibrium,宽带光谱和光变曲线的比较研究,我们得出结论,在230 GHz的图像相对于MAD吸积流周围的超大质量黑洞的背景下,常用的和简单的R- $β$模型是能够很好地再现各种更复杂的电子加热处方这里考虑。
2021-06-17 astro-ph.HE gr-qc
Effective description of lensed gravitational waves diffracted by stellar fields
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));Department of Astronomy, Tsinghua University(清华大学天文系)
针对恒星场微透镜引起的引力波衍射效应,提出基于奇异值分解的降阶随机衍射模型,实现波光学效应的有效描述,并应用于贝叶斯参数估计。
2026-09-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Images and photon ring signatures of thick disks around black holes
高频甚长基线干涉测量法(VLBI)观测现在可以分辨出附近超大质量黑洞附近的源的水平尺度辐射。未来的空间VLBI观测将获得黑洞图像的高度透镜特征-光子环-这将提供强场引力的特别尖锐的探针。我们的目标是以超大质量黑洞M87* 为研究对象,探索克尔黑洞的各种吸积流,并了解它们的相应图像和视速度。我们特别感兴趣的是在基线上的可见性空间,它编码的光子环的形状和测量可以提供一个严格的测试克尔假设。我们开发了一个完全解析模型的固定,轴对称吸积流与一个可变的磁盘厚度和物质四速度,可以顺利插入之间的纯方位角旋转和纯径向下落。然后,我们确定的观测外观,这样的流量,注意包括热同步辐射和吸收的影响。我们的图像一般显示由离散的窄光子环(n= 1,2,.)堆叠在围绕模型依赖尺寸的中心亮度凹陷的更宽的初级发射的顶部上。我们发现,“黑洞阴影”是一个依赖于模型的现象-即使是扩散,光学薄源-不应该被视为一般的预测广义相对论。在230 GHz时,n=1的环总是可见的,但n=2的环有时由于吸收而被抑制。在345 GHz时,介质在光学上更薄,并且n=2的环在图像和可见度域中都显示出清晰的特征,将该频率确定为未来空间VLBI测量光子环形状的更有希望的频率。
2022-07-28 astro-ph.HE gr-qc
Photon Ring Symmetries in Simulated Linear Polarization Images of Messier 87*
事件视界望远镜(EHT)最近发布了第一张关于超大质量黑洞Messier 87*(以下简称\m{})周围吸积流的线偏振图像。在EHT图像中发现的螺旋偏振模式有利于磁制动盘(MAD)作为EHT图像的解释。随着下一代甚长基线干涉测量(VLBI)的改进,理解被称为“光子环”的高度透镜结构中的类似偏振特征,光子在到达观察者之前围绕黑洞进行多个半轨道,这对分析未来的图像至关重要。最近的工作表明,相对于更直接的发射,这个图像区域可能是去偏振的。我们通过分解\m{}吸积系统EHT模拟图像库中的光子半轨道来扩展这一观察,发现MAD模拟图像显示光子环的相对去极化归因于相反螺旋电场矢量的相消干涉;这种反对称性,纯粹是由强引力透镜引起的,可以在光子环区域中相对于直接图像产生高达${\sim}50\%$的去偏振。在系统中,没有磁逮捕,并与高自旋和离子和电子的相同温度的系统除外,我们发现,高度透镜的间接子图像几乎完全去极化,造成适度的去极化的光子环区域在完整的图像。我们预测,下一代EHT观测\m{}极化应共同约束黑洞自旋和底层的发射和磁场几何。
2022-03-02 astro-ph.HE
Lensing and wave optics in the strong field of a black hole
本文研究非旋转黑洞强场中的引力波透镜与波动光学,构建含强场效应的频率相关放大因子,揭示偏振混合和视界吸收,并指出新观测途径。
2025-09-02 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Lense-Thirring Precession Modulates Repeated Lensing of Continues Gravitational Wave Source from AGN Disks
Huazhong University of Science and Technology(华中科技大学)
研究通过引力透镜效应探测AGN中超大质量黑洞自旋,利用连续引力波信号间接探测黑洞自旋特性。
2025-12-23 astro-ph.HE
Constraining Quasar Relativistic Reflection Regions and Spins with Microlensing
本文分析了五个引力透镜活动星系核的Chandra谱。我们证实了以前的检测FeK $α$发射线在这些对象的大多数图像具有很高的意义。线能量范围从5.8到6.8千电子伏,宽度从未解析到0.6千电子伏,与在不同倾斜角度观察的旋转黑洞附近的发射一致。我们还证实了岩泽谷口效应的正偏移,FeK $α$等效宽度和活动星系核中X射线光度之间的负相关,其中我们测量的等效宽度在透镜类星体中更大。我们将这种效应归因于微透镜效应,并进行了微透镜似然分析,以约束相对论反射区的发射尺寸和超大质量黑洞的自旋,假设X射线日冕和反射区,负责铁发射线,都遵循幂律发射率分布。微透镜分析对Q2237+0305的反射分量的自旋和发射率指数产生强约束,具有$a > 0.92$和$n > 5.4$。对于剩下的四个目标,我们共同约束的两个参数,产生$a=0.8\pm0.16$和发射率指数的$n=4.0\pm 0.8$,这表明相对论X射线反射区域是超紧凑的,非常接近最内部的稳定的圆形轨道的黑洞,这是在接近最大值旋转。对于Q2237+0305,我们成功地将发射区的半光半径限制在$< 2.4$ $r_g$($r_g = GM/c^2$)范围内,对于联合样品,限制在5.9- 7.4 $r_g$范围内。
2019-05-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
Stereoscopic gravitational-wave probe: Gravitational lensing of a binary merger in active galactic nuclei
The Chinese University of Hong Kong(香港中文大学);Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学)
本文提出活动星系核中双星并合因透镜效应产生两个视角的引力波图像,建立变换规则框架,可生成一致波形,为研究并合性质提供新窗口。
2026-09-22 astro-ph.HE gr-qc