Difficulties of Quantitative Tests of the Kerr-Hypothesis with X-Ray Observations of Mass Accreting Black Holes
对X射线双星中恒星质量黑洞和活动星系核中质量吸积的超大质量黑洞的X射线研究已达到高度成熟，并提供了有关天体物理来源和黑洞吸积物理的详细信息。本文综述了利用X射线观测来检验“Kerr假设”的最新进展，“Kerr假设”认为所有天体物理准静态黑洞的背景时空都是由Kerr度规描述的。虽然观测确实揭示了强场引力中相对论效应的明确证据，但克尔假设的定量测试仍然面临理论和实际困难。在这篇文章中，我描述了几个最近引入的测试度量和审查的质量吸积恒星质量和超大质量黑洞的背景时空与这些测试度量的约束状态。讨论的主要结论是，天体物理学的不确定性是大的克尔和非克尔度量之间的观测差异相当小，排除了定量约束偏离克尔度量在这一点上的时间。最后，我讨论了未来的进展，使更详细的数值模拟和未来的X射线光谱，定时，偏振和干涉测量任务。
2018-07-25 astro-ph.HE
Testing general relativity with the reflection spectrum of the supermassive black hole in 1H0707$-$495
最近，我们将X射线反射模型relxill推广到天体物理黑洞强引力场中检验时空度规。在本信中，我们采用这个扩展模型来分析XMM-牛顿，NuSTAR，和斯威夫特数据的超大质量黑洞在1H 0707 -495和测试偏离克尔度规参数化的约翰森变形参数$α_{13}$。我们的结果与1H 0707 -495中黑洞周围的时空度规由Kerr解描述的假设是一致的。
2018-02-02 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
Unified Mass-Scaled QPO Signatures of Kerr Sen Black Holes from Stellar Mass to Supermassive Sources
American University of the Middle East（中东美国大学）；Zhejiang Normal University（浙江师范大学）；Khazar University（阿塞拜疆哈萨克斯坦大学）
数值研究Kerr-Sen黑洞的Bondi-Hoyle-Lyttleton吸积，发现电荷变形改变激波锥形态和QPO频率，产生近3:2和2:1谐振结构，并通过逆质量标度与观测QPO对比，为不同质量黑洞的时变特征提供统一解释。
2026-06-23 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole Spin Evolution Affected by Magnetic Field Decay
黑洞被吸积物质旋转起来，也可能被磁场旋转下来。在我们的工作中，我们考虑的两个电磁过程，Blandford-Znajek和直接磁链，在他们的磁场配置不同的黑洞旋转的效果。这些过程的效率随质量吸积速率和吸积状态而变化，并且通常导致平衡自旋参数在0.35至~0.98的范围内。对于平流主导的圆盘，磁场在吸积过程中会损失能量，导致平衡克尔参数增大。我们发现磁场的衰减可以显著地减小电磁项，从而增大克尔参数。我们对一个超大质量黑洞群体进行了蒙特卡罗模拟。我们的模拟显示Kerr参数分布较宽（0.1< a <0.98），峰值在a~0.6处。为了解释观测到的高克尔参数值a>0.9，需要超临界吸积事件。然而，这一推论没有考虑到黑洞合并（对超大质量黑洞演化起着重要作用）。
2014-10-05 astro-ph.HE
Breaking black-hole uniqueness at supermassive scales
本文提出一种scalar-Gauss-Bonnet理论，证明黑洞标量化仅发生在有限可调的超大质量窗口，从而在该尺度打破黑洞唯一性，同时保留恒星质量黑洞的Kerr描述并避免早期宇宙不稳定性。
2024-10-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
An Upper Limit on the Charge of the Black Hole Sgr A* from EHT Observations
事件视界望远镜（EHT）最近发布了一张超大质量黑洞Sgr A* 的图像，显示了角阴影直径$d_{sh}= 48.7 \pm 7\,μ$和史瓦西阴影偏差$δ= -0.08^{+0.09}_{-0.09}~\text{(VLTI)},-0.04^{+0.09}_{-0.10}~\text{(Keck)}$，使用黑洞质量$M = 4.0^{+1.1}_{-0.6} \times 10^6 M_\odot $。Sgr A* 的EHT图像与克尔黑洞的预期外观一致，结果直接证明了银河系中心存在超大质量黑洞。在这里，我们使用EHT观测结果的Sgr A* 调查的限制，其电荷的援助下的克尔类黑洞，注意三个领先的旋转模型，即克尔-纽曼，Horndeski，和毛茸茸的黑洞。将超大质量黑洞Sgr A* 模拟成这些类Kerr黑洞，我们观察到Sgr A* 的EHT结果对Kerr-Newman和Horndeski黑洞的参数空间的上限比M87* 的EHT结果更严格.系统的偏差分析表明，未来EHT实验的观测结果对黑洞Sgr A* 的电荷有更精确的限制。因此，克尔类黑洞和克尔黑洞在EHT约束的参数空间的一个重要区域是不可辨别的，我们的偏差分析证实了这一说法。
2023-02-26 astro-ph.HE gr-qc
Can the supermassive objects at the centers of galaxies be traversable wormholes? The first test of strong gravity for mm/sub-mm VLBI facilities
不久的将来毫米/亚毫米VLBI实验是雄心勃勃的项目，旨在成像的“阴影”的超大质量黑洞候选人在银河系的中心和附近的星系。对阴影形状的精确观察可以潜在地测试这些物体的性质，并验证它们是否是克尔黑洞，正如广义相对论所预测的那样。然而，先前关于这个主题的研究表明，在其他时空中产生的阴影与克尔背景非常相似，这表明在不久的将来用这些设施进行强引力测试是不可能的。在本书中，我指出，区分黑洞和虫洞相对容易，虫洞是时空的拓扑非平凡结构，可能在早期宇宙中形成，并可能将我们的宇宙与其他宇宙联系起来。
2013-04-29 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole Shadow as a Test of General Relativity: Quadratic Gravity
对超大质量黑洞（如银河系中心的人马座A*）的黑洞阴影的观测，使我们能够研究黑洞的性质和强场引力的性质。根据克尔假设，孤立的、静止的、轴对称的天体物理学黑洞可以用克尔度规来描述。克尔假设在广义相对论和一些修正的引力理论中成立，但在其他理论中它被违背了。原则上，黑洞阴影观测可以用来确定克尔度规是否是对黑洞的正确描述，反过来，它们可以用来限制不承认克尔解的修正引力理论。本文研究了黑洞阴影观测是否可以约束对广义相对论的偏离，重点讨论了两个动机良好的修正的二次引力理论：Einstein-Stronon-Gauss-Bonnet引力和动力学Chern-Simons引力。我们表明，目前的爱因斯坦-爱因斯坦-高斯-邦纳引力约束比任何可以放置与超大质量黑洞的黑洞阴影观测。我们还表明，同样适用于动态陈-西蒙斯引力通过系统的偏见和似然分析时，考虑缓慢旋转的超大质量黑洞。然而，对更快速旋转的黑洞（具有无量纲自旋$|\vec{J}|/M^{2}\simeq0.5$）的观测，可以用来更好地约束动力学陈-西蒙斯引力。
2018-07-23 astro-ph.HE gr-qc
Proto-jets configurations in RADs orbiting a Kerr SMBH: symmetries and limiting surfaces
环形吸积盘（RAD）是一种由完美流体环围绕一个中心吸引子旋转的凝聚体，这种凝聚体可能在复杂物质流入活动星系核时产生。我们集中我们的分析轴对称吸积环面轨道在赤道平面的超大质量克尔黑洞，平衡配置，可能的不稳定性，和演化序列的RAD在我们以前的工作进行了讨论。在目前的工作中，我们讨论了特殊的不稳定性有关的开放等势面管理的材料漏斗出现在不同地区的RAD，位于两个或两个以上的个人之间的环形配置的团聚。这些开放结构可能与原始喷流有关。边界限制面被突出显示，连接的紧急情况下的射流与黑洞无量纲自旋的不稳定性。这些不稳定性在观测上对活动星系核具有重要意义，它们与从绕超大质量黑洞运行的多个RAD环面中出现的喷流物质有关。
2018-03-27 astro-ph.HE gr-qc
Using iron line reverberation and spectroscopy to distinguish Kerr and non-Kerr black holes
在恒星质量和超大质量黑洞候选者的X射线谱中通常观察到的铁K $α$线是由热日冕照射冷的吸积盘产生的。在这个框架下，一个新的耀斑区域的激活在热日冕印记的铁谱线的时间变化。未来具有高时间分辨率和大有效面积的X射线设施可能能够测量所谓的二维传递函数;也就是说，由远处的观察者检测到的作为时间的函数的铁线轮廓，以响应来自X射线主源的瞬时耀斑。这项工作是一个初步的研究，以确定是否以及如何这样的技术可以提供更多的信息，关于周围的紧凑对象的时空几何比已经可能测量的时间积分的铁线轮廓。在我们的简化模型中，我们发现，测量的铁线混响可以改善约束明显给出了一个足够强的信号，虽然大部分的信息是存在于时间积分频谱。我们的目标是测试克尔度规。我们发现，目前的X射线设备和数据无法提供强有力的测试克尔性质的超大质量黑洞候选人。我们认为一个乐观的情况下，$10^5$铁线光子从下一代数据集。利用这样的数据，混响模型在频谱约束上改进了一个数量级。
2015-04-21 astro-ph.HE gr-qc
Pair Drizzle around Sub-Eddington Supermassive Black Holes
在亚爱丁顿吸积率黑洞附近，电子-正电子对的产生被认为是由Breit-Wheeler过程（光子-光子碰撞）控制的。非屏蔽电场对相干、宏观能隙或湍流等离子体流中的非相干结构中的轻子进行加速时，会产生相互作用的高能光子。后一种类型的加速导致由来自背景辐射场的能量接近对生产阈值的光子产生的对生产的毛毛雨。在这项工作中，我们使用辐射GRMHD模拟扩展Moscibrodzka等人早期的研究对毛毛雨。我们专注于低磁化（SANE）吸积到超大质量克尔黑洞，并考虑由于同步辐射，韧致辐射，康普顿上散射过程。我们证实，对毛毛雨在M87是足够的，以保持磁层电荷密度的数量级以上的Goldreich-Julian密度。我们还发现，对生产高峰沿喷磁盘边界。
2020-12-08 astro-ph.HE
Tidal Disruption of Blanets by Supermassive Black Holes: From Test Particles to Planetary-Mass Bodies in Kerr Spacetime
Department of Physics, Kirori Mal College, University of Delhi（德里大学科里马尔学院物理系）
研究克尔时空中行星级天体（blanet）与超大质量黑洞相遇产生的潮汐瓦解事件，推导了潮汐半径和Hills质量，发现其可观测性远超恒星TDE，并分析了轨道稳定性及引力波信号。
2026-09-15 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Fast plunges into Kerr black holes
大多数小型致密物体进入超大质量黑洞的极端质量比螺旋运动，都以从偏心的最后稳定轨道上快速坠落而告终。对于快速旋转的黑洞，这种快速的俯冲可以在克尔/CFT对应的背景下进行研究，因为它们发生在近视界区域，那里的动力学由无穷维共形对称控制。在本文中，我们使用保角变换解析求解辐射从快速陷入近极端克尔黑洞。我们发现重力和CFT计算之间的完美协议。
2015-04-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Binaries Wandering Around Supermassive Black Holes Due To Gravito-electromagnetism
极质量比螺旋线是星载引力波探测器的重要辐射源。这样的来源通常由一个恒星质量的黑洞（BH）和一个克尔超大质量黑洞（SMBH）组成，但最近的天体物理模型预测，这个小天体也可能是一个恒星质量的双星BH（BBH）。BBH达到SMBH的几个引力半径将在波形中引起丰富的可观测签名，但目前的数值工具不足以模拟这样的三重系统，同时捕捉基本的相对论效应。在这里，我们解决了这个问题，通过研究在一个框架自由下降的BBH旁边的动态。由于BBH通常是非相对论性的，并且比克尔背景的曲率半径小得多，因此在自由落体框架中的演化基本上简化为牛顿动力学，除了由弯曲背景引起的微扰引力电磁（GEM）力。我们使用这种方法来研究BBH的近圆轨道上的SMBH和跟踪他们的演变到距离的$2-3$引力半径的SMBH。我们的模拟揭示了一系列的动力学效应，这是没有显示在以前的研究中使用传统的方法。最值得注意的是径向振荡和方位角漂移的BBH相对于SMBH。这些结果提供了新的见解的演变和检测的EMRI含有BBH。
2022-06-16 astro-ph.HE gr-qc
The Spin of the Supermassive Black Hole in NGC 3783
朱雀活动星系核自旋巡天的目的是通过朱雀星深处的凝视来确定六个附近活动星系核（AGN）中的超大质量黑洞自旋，从而使我们第一次看到本地黑洞自旋分布。在这里，我们对该重点项目支持下研究的第一个目标--塞弗特星系NGC 3783进行了分析。尽管复杂的光谱所产生的多组分的温暖的吸收，我们检测和研究相对论反射的内部吸积盘。假设X射线反射来自克尔黑洞周围的平面圆盘表面，并且在广义相对论的边缘稳定半径内没有X射线反射发生，我们确定黑洞自旋的下限为a > 0.88（99%置信度）。我们研究的鲁棒性，这一结果的假设的分析，并提出了一个简短的讨论自旋相关的选择偏差，可能会影响通量有限的样本活动星系核。
2011-05-18 astro-ph.HE
Constraints on the spacetime metric around seven "bare" AGNs using X-ray reflection spectroscopy
本文介绍了用朱雀卫星观测的七个“裸”活动星系核的研究。我们解释了这些源的光谱与相对论反射分量，我们采用我们的模型XHILL_NK来测试他们的超大质量黑洞的克尔性质。我们约束Johannsen形变参数$α_{13}$和$α_{22}$，其中当$α_{13} = α_{22} = 0$。我们所有的测量结果都符合这样的假设，即这些超大质量天体周围的时空几何是由克尔解描述的。对于某些来源，我们得到相当强的约束$α_{13}$和$α_{22}$相比，在我们以前的研究中发现。我们讨论了系统的不确定性，在我们的测试和我们的结果的影响。
2019-04-02 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
Testing a class of non-Kerr metrics with hot spots orbiting SgrA$^*$
SgrA $^*$，银河系中心的超大质量黑洞候选者，在X射线，近红外和亚毫米波段表现出耀斑，可以在热点模型中解释。黑洞的光变曲线和热点图像受到许多特殊和广义相对论效应的影响，它们可以用来检验物体是否是广义相对论的克尔黑洞。然而，在以前的研究中，我们已经表明，相对论的功能通常是次显性的背景噪声和模型相关的热点属性，并最终它是在最有可能估计的频率最内稳定的圆形轨道。在这种情况下，克尔度规的测试只能与其他测量相结合。在目前的工作中，我们考虑一类非克尔时空中的热点轨道可能是在赤道平面之外。这些度量很难从吸积盘的研究中得到限制，事实上，目前对恒星质量和超大质量黑洞候选者的X射线观测无法给出有趣的界限。在这里，我们表明，不久的将来的观测SgrA $^*$可能做到这一点。如果热点是足够接近的大质量的对象，多普勒蓝移的影响的图像是比其他一个更明亮，这提供了一个特定的观测签名在热点的质心轨道。我们的结论是，准确的天体测量观测SgrA $^*$与仪器，如重力应该能够测试这类指标，除了在更不可能的情况下，一个小的视角。
2014-12-19 astro-ph.HE gr-qc
Amplification of gravitational wave by a Kerr black hole
双黑洞可能在超大质量黑洞附近形成。背景黑洞（BH）会影响双星黑洞产生的引力波（GW）。众所周知，彭罗斯过程可以提供额外的能量，由于能层。本文研究了Kerr黑洞背景对引力波的能量放大。特别是与以前的研究不同，我们比较了在有和没有附近的克尔BH的情况下波的能量。我们发现，只有当双黑洞相对于Kerr背景运动时，GW能量才能被放大。否则，能量将被背景克尔黑洞所抑制。这一发现与Wald对Penrose过程发现的不等式是一致的。考虑到现实的天体物理场景，我们发现克尔黑洞背景可以放大GW能量最多5倍。
2021-06-06 astro-ph.HE gr-qc
Testing the No-Hair Theorem with Event Horizon Telescope Observations of Sagittarius A*
事件视界望远镜（EHT）是一种毫米波甚长基线干涉仪阵列，它的出现使得对少数超大质量黑洞的亚视界尺度结构的空间分辨研究成为可能。其中，银河系中心的超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*）呈现出最大的角截面。到目前为止，这些研究集中在黑洞自旋的测量和低光度吸积模型的验证。然而，对EHT数据分析的一个关键输入是黑洞时空的结构，因此这些观测提供了新的机会来测试克尔度规对天体物理学黑洞的适用性。在这里，我们采用准克尔度规，呈现了Sgr A* 周围辐射低效吸积流（RIAF）的第一个模拟图像，该度规除了在广义相对论中充分表征黑洞的质量和自旋之外，还包含独立的四极矩。我们发现，这些图像可以显着不同的图像的RIAF周围的克尔黑洞具有相同的自旋，并证明了测试无毛定理的可行性，通过约束四极偏离克尔度量与现有的EHT数据。同样重要的是，我们发现，磁盘倾角和自旋方向角是强大的列入额外的参数，提供信心，在以前的估计假设克尔度量的基础上EHT的意见。然而，目前对克尔度规的潜在修改的限制仍然很弱。
2013-11-21 astro-ph.HE gr-qc
Broad K$α$ iron line from accretion disks around traversable wormholes
有人提出，星系中心的超大质量黑洞候选者可能是在早期宇宙中形成的虫洞，并将我们的宇宙与其他姐妹宇宙连接起来。相对论性K $α$铁线的剖面分析是目前探测这些天体周围时空几何的唯一可用方法。本文计算了某些虫洞时空中的K $α$铁线，并将计算结果与Kerr黑洞周围的铁线进行了比较。在非旋转或旋转非常慢的虫洞周围的吸积盘中产生的线与在具有中等或高自旋参数值的Kerr黑洞周围预期的线相对相似，并且当前的观测仍然与星系核中的超大质量黑洞候选者是这些物体的可能性勉强兼容。对于自旋参数为$a_* \gtrsim 0.02$的虫洞，相关的K $α$铁线与克尔黑洞周围产生的铁线完全不同，它们的存在可能已经被排除。
2013-04-08 astro-ph.HE gr-qc
Constraining the Johannsen deformation parameter $ε_3$ with black hole X-ray data
我们扩展了我们以前的工作，使用X射线反射光谱的克尔黑洞假设的测试，我们推断观测约束的约翰森变形参数$ε_3$。我们分析了GS 1354-645中恒星质量黑洞的NuSTAR观测，方舟564，1H 0419 -577和PKS 0558-504中超大质量黑洞的朱雀数据，以及MCG-6-30-15中超大质量黑洞的一些同时XMM-牛顿和NuSTAR观测。我们对$ε_3$的所有测量都与Kerr度量一致，并且我们发现Ark 564和MCG-6-30-15具有相当强的约束。我们讨论了我们的结果的影响和下一步改进我们的测试。
2019-04-02 astro-ph.HE gr-qc
Testing general relativity with supermassive black holes using X-ray reflection spectroscopy
本文回顾了我们目前通过研究超大质量黑洞的反射谱在强场区检验广义相对论的努力。到目前为止，我们已经分析了11个来源的观测NuSTAR，朱雀，雨燕，和XMM-牛顿。我们的结果与广义相对论是一致的，根据广义相对论，天体物理黑洞周围的时空度规应该很好地近似于Kerr解。我们讨论了我们的模型中的系统的不确定性，我们提出了一个初步的研究，其中一些对测量的时空度规的影响。
2019-05-20 astro-ph.HE gr-qc
Constraining spins of supermassive black holes from TeV variability. II. fully general relativistic calculations
观测到了来自M87中心的TeV能量光子的快速变化，为估算超大质量黑洞（SMBH）的自旋提供了新的线索.我们扩展了Wang et al.（2008）的研究，包括所有的广义相对论效应。通过数值求解辐射无效吸积流的相对论流体动力学方程组，得到了黑洞周围的辐射场。在Kerr度规中计算了TeV光子对产生的辐射场的光学深度。我们发现，光学深度强烈依赖于：（1）吸积率为$\tautev\propto \dot{M}^{2.5-5.0}$;（2）黑洞自旋;（3）TeV源的位置。结合光学厚度和RIAF辐射的光谱能量分布，可以大大缓解RIAF模型中自旋与其他自由参数的强烈退化。我们将这个模型应用到M87中，发现黑洞的最小比角动量为$a\sim0.8$。本方法适用于M87类源与未来的TeV的排放量的检测，以限制SMBHs的自旋。
2009-05-10 astro-ph.HE
Accretion disks around black holes in Scalar-Tensor-Vector Gravity
标量张量矢量引力（STVG）是一种替代引力理论，它成功地解释了附近星系的旋转曲线，星系团的动力学，以及没有暗物质的宇宙学数据，但几乎没有在强引力体系中进行过测试。在这篇工作中，我们的目标是在STVG理论中建立Schwarzschild和Kerr黑洞薄吸积盘的辐射模型。特别是，我们研究了史瓦西和克尔STVG时空中恒星和超大质量黑洞的稳定圆形赤道轨道。我们还计算了这些天体周围吸积盘的温度和光度分布。我们发现，吸积盘STVG周围的恒星和超大质量黑洞比GR更冷，更不明亮。光谱能量分布得到的不矛盾，目前的天文观测。
2017-05-08 astro-ph.HE gr-qc
Composite profile of the Fe K$α$ spectral line emitted from a binary system of supermassive black holes
采用相对论性的超大质量黑洞吸积盘模型，基于Kerr度规的射线追踪方法，研究了双星系统中两个吸积盘围绕超大质量黑洞发射的复合Fe K $α$线的变化.我们假定这类双星的轨道近似为开普勒轨道，并模拟了不同轨道根数、吸积盘参数和组分质量比时的合成线形。结果表明，如果在某些SMBH双星的不同轨道相位的光谱中观测到这种复合Fe K $α$谱线轮廓，可以用来约束这类SMBH双星的轨道和一些性质.
2013-11-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
Discovery of a Dense Association of Stars in the Vicinity of the Supermassive Black Hole Sgr A*
本文首次测量了超大质量黑洞 Sgr A* 附近 42 个 N-sources 的自行运动，发现 28 个源向西北飞行，提出其可能受中等质量黑洞束缚或源于盘状分布投影，并揭示了包含 IRS 1W 的致密星协为共同运动的年轻大质量恒星群。
2024-11-13 astro-ph.GA 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
Ringed accretion disks: equilibrium configurations
研究了一个由若干个环围绕一个超大质量Kerr黑洞吸引子旋转组成的环形吸积盘模型。环形盘的每个环由旋转完美流体的平衡构型的广义相对论流体动力学Boyer条件支配。环面的性质，然后可以确定一个适当定义的有效的潜力，反映背景克尔几何和离心效应。在超大质量黑洞周围物质结构的演化过程中，环形盘可以在不同的状态下产生。因此，同向旋转环和反向旋转环都必须被认为是环状圆盘的组成部分。我们提供了各种环形配置的存在性和稳定性的模型参数的约束条件，并讨论发生吸积到克尔黑洞和可能的发射喷气机从环形磁盘。我们证明，各种环形磁盘可以其特征在于由一个最大数量的环。我们还提出了一个扰动分析的基础上的环盘的振荡组件的演变。环状盘演化的不稳定阶段的动力学似乎是有前途的高能量现象在活动星系核中表现出来。
2015-10-13 astro-ph.HE gr-qc
Relating Kerr SMBHs in Active Galactic Nuclei to RAD configurations
有强有力的观测证据表明，许多活动星系核（AGN）的港口超大质量黑洞（SMBH），表明在其一生中的多吸积插曲。在这样的活动星系核中，与中心SMBH自旋相关的共转和反转环面，或强烈错位的圆盘，可以报告活动星系核演化的痕迹。在这里，我们集中在聚集体的吸积盘结构，环形吸积盘（RAD）的轨道中心的Kerr SMBH，假设每个环的吸积盘是在BH的赤道面为中心，环面共面和轴对称。许多RAD方面主要由克尔几何自旋控制。我们分类克尔BH由于其无量纲自旋，根据可能的组合，共转和反转平衡或吸积环面组成的RAD。RAD中的吸积环面的数量不能超过n=2。我们列出了BH自旋a的14个特征值，这些特征值在BH范围0<a<M内控制分类，并受到RAD性质的约束。自旋非常接近，提供了基于RAD性质的克尔BH的准确表征。RAD动力学在高自旋的时空中更丰富。其中一个重要的预言指出，由外部吸积共转和内部吸积反转环面形成的RAD环面偶，预计只能在缓慢旋转（a<0.46M）的黑洞周围观察到。该分析强烈结合了液体和BH特征，为搜索RAD观察证据的情况提供了指示。模糊和筛选环面，可能是明显的痕迹，在X射线光谱发射，强烈的约束，最终排除了许多假设中使用的筛选效果的当前调查。我们期望我们的克尔黑洞的分类相关的活动星系核的现象，可以观察到的X射线卫星雅典娜。
2018-10-20 astro-ph.HE
Testing General Relativity's No-Hair Theorem with X-Ray Observations of Black Holes
尽管广义相对论在弱引力领域取得了成功，但它在强引力领域还有待验证。在本文中，我们提出了详细的射线跟踪模拟的结果，旨在澄清，如果合并的信息从X射线光谱，定时，恒星质量和超大质量黑洞的偏振观测可以用来测试GR的无毛定理。后者指出，静态天体物理学的黑洞描述的克尔族的度量与黑洞的质量和自旋是唯一的自由参数。我们使用四个“非克尔度量”，一些现象学的性质和其他动机的替代引力理论，并研究观测签名的偏离克尔度量。特别注意的情况下，当所有的指标设置为给相同的最内稳定圆轨道（ISCO）在准Boyer Lindquist坐标。我们给出了一个详细的讨论的相似性和差异的观测签名预测的黑洞的克尔度规和非克尔度规。我们强调，即使某些区域的参数空间几乎是简并的，即使当结合来自所有观测通道的信息时，非常快速旋转的黑洞的X射线观测可以用来排除替代度规的参数空间的大区域。虽然在参数空间的某些部分很难区分克尔度规和非克尔度规，但对像天鹅座X-1这样旋转非常快的黑洞的观测可以用来排除几个黑洞度规的大区域。
2016-01-09 astro-ph.HE
Photon Rings around Kerr and Kerr-like Black Holes
非常长的基线干涉观测已经解决了我们银河系和M87中心的超大质量黑洞周围只有几个史瓦西半径尺度上的结构。在不久的将来，这种观测有望将这些黑洞的阴影与围绕其阴影的明亮而狭窄的环一起成像。对于克尔黑洞来说，这个光子环的形状几乎是圆形的，除非黑洞旋转得非常快。然而，天体物理学上的黑洞是否真的被克尔度规描述为无毛定理，仍然是一个未经检验的假设。对于不同于克尔黑洞的黑洞，光子环在数值上被证明是不对称的。本文计算了一种新的Kerr类度规所描述的黑洞周围光子环形状的半解析表达式。我表明，在这个时空中的光子环受到两种类型的偏离克尔度规，这可能会导致环的形状是高度不对称的。我认为，环的不对称性是一个潜在的违反无毛定理的直接措施，这两种类型的偏差可以独立检测，如果质量和距离的黑洞是已知的。此外，还得到了Kerr和类Kerr黑洞周围光子环的直径、位移和不对称性的近似表达式。
2015-01-12 astro-ph.HE gr-qc
Testing conformal gravity with the supermassive black hole in 1H0707-495
最近，我们中的两个人在爱因斯坦的共形引力中发现了一族无奇性旋转黑洞解。这些时空由三个参数表征：黑洞质量$M$、黑洞自旋角动量$J$和一个参数$L$，这个参数在理论中没有指定，但可以预期与黑洞质量$M$成正比。在$L = 0$中恢复了爱因斯坦引力的Kerr黑洞解.在以前的论文中，我们表明，天体物理黑洞的X射线数据需要$L/M < 1.2$。在本文中，我们报告了一个更复杂的分析结果。本文将X射线反射模型{ \sc relxill\_nk}应用于1H 0707 -495中超大质量黑洞的\textsl{NuSTAR}和\textsl{Swift}数据。我们找到约束$L/M < 0.45$（90%置信水平）。
2018-07-05 astro-ph.HE gr-qc
Gravitomagnetic interaction of a Kerr black hole with a magnetic field as the source of the jetted GeV radiation of gamma-ray bursts
我们证明了Kerr黑洞与周围磁场的引力磁相互作用产生了一个电场，该电场将黑洞附近的带电粒子加速到超相对论能量.沿着黑洞自转轴，这些电子/质子的能量可以达到数千PeV，因此长伽马射线暴（GRB）中的恒星质量黑洞和活动星系核（AGN）中的超大质量黑洞可以通过这种机制贡献超高能宇宙射线（UHECR）。在离轴纬度，粒子加速到数百GeV的能量，并发射出GeV能量的同步辐射。这一过程发生在绕BH旋转轴的$60^\circ$内，由于赤道对称性，形成双锥发射。我们概述了描述这些加速和辐射过程的理论框架，它们如何提取克尔BH的旋转能量和伽玛暴天体物理学的后果。
2022-03-07 astro-ph.HE gr-qc
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
A Highly Magnetized Twin-Jet Base Pinpoints a Supermassive Black Hole
超大质量黑洞（SMBH）是射电强活动星系核（AGN）中喷流产生的关键。基于Blandford和Znajek的理论模型从克尔黑洞中提取旋转能量，这可能是NGC 1052的情况，以发射这些喷流。这需要$10^3\,$ G到$10^4\,$ G量级的磁场。我们用全球毫米VLBI阵列对AGN NGC 1052的SMBH附近进行了成像，发现了一个明亮而紧凑的中心特征，半径小于1.9光日（100史瓦西半径）。解释这是一个混合的未解决的喷气基地，我们推导出的磁场在1史瓦西半径位于200 G和~80000 G与布兰德福德和Znajek模型一致。
2016-05-24 astro-ph.GA astro-ph.HE
Testing General Relativity in the Strong-Field Regime with Observations of Black Holes in the Electromagnetic Spectrum
广义相对论已经被许多实验所验证，然而，这些实验几乎只探测弱时空曲率。在这篇论文中，我创建了两个框架，通过使用当前或不久的将来的仪器在电磁波谱中观测黑洞来检验强场区域中的广义相对论。在本论文的第一部分，我设计测试的无毛定理，唯一的特点，在广义相对论的黑洞的性质，在他们的质量和自旋，并指出，这些紧凑的对象描述的克尔度规。我研究了一个准克尔度规，并构造了一个类克尔时空，这两个时空除了质量和自旋外，还包含一个独立的参数。如果无毛定理是正确的，那么克尔度规的任何偏差都必须为零。我表明，已经温和的变化的偏差参数在任何度量导致显着修改所观察到的信号。我应用这个框架的成像超大质量黑洞使用非常长的基线干涉测量以及准周期性的变化和相对论性扩大的铁线观察银河系和超大质量黑洞。在论文的第二部分，我设计了一种方法，通过黑洞X射线双星的轨道演化来检验Randall-Sundrum型膜世界引力中预测的黑洞蒸发，并从A0620-00和XTE J1118+480中得到额外维大小的约束。
2012-09-13 astro-ph.HE gr-qc
Polarization Patterns of the Hotspots Plunging into a Kerr Black Hole
本研究探讨了克尔时空中ISCO内非圆周运动热点的偏振特征，通过开发引力透镜近似函数和简化同步辐射模型，分析了坠入轨道的偏振图像及Stokes参数。
2025-04-04 astro-ph.HE gr-qc
Testing the Kerr Nature of Black Hole Candidates using Iron Line Spectra in the CPR Framework
在恒星质量和超大质量黑洞候选者的X射线谱中普遍观察到的铁K $α$线源自内部吸积盘的X射线荧光。因此，它可以用来映射这些物体周围的时空几何。在本文中，我们扩展了以前的工作，使用铁K $α$线来测试克尔黑洞假设。我们采用的Cardoso-Pani-Rico参数化，我们测试的可能性，约束可能的偏差从克尔的解决方案，可以从整个范围内的观测黑洞自旋和倾角。我们证实了以前的说法，铁K $α$线是一个潜在的相当强大的探针，用于测试克尔度规给出足够高的质量数据和系统学的控制下，特别是在快速旋转的黑洞和高倾角的情况下，因为这两个条件有助于最大限度地提高相对论效应。我们发现，从克尔几何的一些几何扰动表现出更强烈的铁线轮廓比别人。虽然扰动参数$ε^t_3$可以很好地约束的铁线轮廓，正交的数据集是必要的，以约束偏离克尔几何在$ε^r_3$。
2015-09-05 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
Gravitational waves from extreme mass ratio inspirals around bumpy black holes
空间干涉仪LISA将能够探测恒星质量的黑洞或中子星发射的引力波，这些引力波缓慢地螺旋进入在大多数星系中心发现的超大质量黑洞。来自这种极端质量比螺旋（EMRI）事件的引力波信号将提供一个独特的机会来测试中心黑洞周围的时空度规是否被克尔解很好地描述。本文将Kerr黑洞周围的EMRI模型推广到一族参数变形的凹凸黑洞，使之保持Kerr度规的基本对称性。然后，新的EMRI模型被用来量化的约束，LISA观测EMRI可能能够放置在克尔度量的偏差，或颠簸。
2017-09-13 astro-ph.HE gr-qc
Harvesting energy driven by Comisso-Asenjo process from Kerr-MOG black holes
本研究在修正引力（MOG）框架下，探究MOG参数对通过Comisso-Asenjo过程从Kerr黑洞提取旋转能量的影响，发现Kerr-MOG黑洞能提升该过程的能量提取功率与效率，且MOG会增大该过程相对Blandford-Znajek过程的功率比。
2023-09-25 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Odyssey: A Public GPU-Based Code for General-Relativistic Radiative Transfer in Kerr Spacetime
广义相对论辐射转移（GRRT）计算与Kerr时空中测地线的计算相结合，是确定黑洞附近物质的图像、光谱和光变曲线的重要工具。这些研究对于正在进行和即将进行的毫米/亚毫米（mm/sub-mm）甚长基线干涉测量（VLBI）观测Sgr A^{*}和M87中心的超大质量黑洞尤为重要。为此，我们介绍奥德赛，一个图形处理单元（GPU）为基础的代码的光线跟踪和辐射转移的克尔时空。在单个GPU上，Odyssey的性能可以超过每个光子1纳秒，每个Runge-Kutta积分步骤。Odyssey是公开可用的，快速，准确，灵活，足以进行修改，以适应新用户的特定需求。随着一个图形用户界面（GUI）的视频加速显示架构，我们还提出了一个教育软件工具，奥德赛_Edu，显示在实时如何零测地线围绕克尔黑洞变化的函数的黑洞自旋和入射角到黑洞。
2016-01-20 astro-ph.HE astro-ph.IM
Electromagnetic Signatures of Supermassive Binary Black Holes: Synchrotron, Self-Lensing Flares, and Jet Precession
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Tsinghua University（清华大学）；Goethe-Universität Frankfurt（法兰克福歌德大学）；University College London（伦敦大学学院）
通过3D GRMHD模拟和辐射转移计算，研究次级黑洞与磁囚禁盘相互作用的电磁信号，发现自透镜耀发比激波耀发更可靠作为电磁对应体。
2026-06-18 astro-ph.HE
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
GRMHD and GRRT Simulations of Black Hole Accretion: Flares, Precession, and Complex Spacetimes
Tsung-Dao Lee Institute（李政道研究所）
利用广义相对论磁流体动力学和辐射传输模拟，研究黑洞吸积的电磁信号，涵盖耀发、进动及非克尔和双黑洞时空。
2026-06-18 astro-ph.HE gr-qc
Collisions near Kerr black holes: lower limit of energy between orbiting and incoming particles
本文研究了Kerr黑洞附近实验粒子的碰撞能下限。特别是，我们研究的最小洛伦兹因子之间的自由下落的粒子和粒子围绕黑洞。我们考虑碰撞的最内层稳定圆轨道（ISCO）和检查近极端的情况下，碰撞发生附近的事件视界。通过微调粒子的角动量，碰撞的洛伦兹因子总是可以被最小化到一个依赖于黑洞自旋的值。我们发现，这个最小值总是小于$\frac{2\sqrt{2}-1}{\sqrt{3}}$和大于$\frac{\sqrt{12}-1}{\sqrt{6}}$（极限分别是极端克尔和史瓦西的值）。这意味着这种紧凑物体的碰撞预计将是高能量的超大质量黑洞附近。此外，我们还证明了黑洞与粒子自旋的相互作用对最小洛伦兹因子的影响。这种贡献对于接近极端的黑洞来说是不可忽略的。我们还讨论了我们的结果与科幻电影《星际穿越》的关系。
2016-12-15 astro-ph.HE gr-qc
Geometric modeling of M87* as a Kerr black hole or a non-Kerr compact object
上下文事件视界望远镜（EHT）合作最近获得了位于星系M87中心的超大质量致密物体M87* 周围的第一张图像。目的。我们想发展一个简单的解析盘模型来描述M87* 的吸积流。与广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模型相比，它的优点是独立的湍流特性的流动，并控制只有几个易于解释，物理上有意义的参数。我们想用这个模型来预测M87* 的图像，假设它是一个克尔黑洞，或者是一个替代的紧凑物体。方法.我们从圆盘模型计算同步辐射，并通过相对论光线追迹将产生的光线传播到远处的观察者。这样的计算是假设不同的时空（克尔，闵可夫斯基，非旋转超紧恒星，旋转玻色子星或拉米旋转虫洞）。我们进行数值拟合这些模型的EHT数据。结果我们讨论了克尔图像的高度透镜化特征，并表明它们与吸积流性质有内在联系，而不仅仅是引力。这个事实是由我们介绍的概念的辅助环。我们的自旋克尔黑洞模型预测的质量和方向与EHT解释一致。非克尔图像导致数值拟合的类似质量，并且一旦模糊到EHT分辨率，则可能看起来非常类似于克尔图像。这意味着用现有的数据可能无法对克尔时空进行强有力的检验。我们注意到，EHT的未来发展可能会改变这种情况。结论.我们的研究结果表明，为了能够明确地测试克尔范式，研究克尔时空的替代品的重要性。
2020-10-27 astro-ph.HE gr-qc
Spin and mass of the nearest supermassive black hole
围绕吸积黑洞的热等离子体斑点或团块的准周期振荡（QPO）包含了关于黑洞质量和自旋的信息。吸积流中亮点的纬向振荡频率和黑洞事件视界旋转的频率是测量黑洞质量和自旋的有希望的观测特征。这两个频率都与吸积模型无关，完全由黑洞引力场的性质定义。借助吸积等离子体热点的信号调制对已知的QPO数据进行解释，揭示了银河系中心超大质量黑洞的克尔度规旋转参数$a=0.65\pm0.05$和质量$M=(4.2\pm0.2)10^6M_\odot$。同时，将观测到的11.5 min QPO周期分别与黑洞事件视界旋转周期和吸积流热点纬向振荡周期相对应.所描述的方法是适用于黑洞的吸积率低，吸积等离子体是透明的事件视界区域。
2014-11-28 astro-ph.HE gr-qc
Why Do You Think It is a Black Hole?
本文分析了事件视界望远镜（EHT）合作组织在2019年提出的实验，该实验揭示了M87星系中心超大质量黑洞的第一张图像。EHT协作组提出的第一个问题是：M87星系中心的紧凑物体是什么？它有地平线吗？是克尔黑洞吗？为了回答这些问题，EHT协作组首先认可了工作假设，即中心天体是克尔度规描述的一个黑洞，即经典广义相对论预言的旋转克尔黑洞。他们选择这个假设是基于之前对星系M87的研究和观察。在采用克尔黑洞假设后，EHT合作组继续对其进行测试。他们将这一假设与2017年EHT实验中收集的数据进行了对比。然后他们将克尔旋转黑洞假说与其他解释进行了比较，最终发现他们的假说与数据一致。在本文中，我描述了复杂的方法来测试自旋克尔黑洞假设。最后，我讨论了本文中所提出的关于霍金辐射的研究结果的意义。
2021-03-02 astro-ph.HE physics.hist-ph
Algorithms And Programs For Strong Gravitational Lensing In Kerr Space-time Including Polarization
活动星系核和类星体是重要的天体物理学对象。最近，微透镜观测限制了类星体X射线发射区的大小，其数量级为中心超大质量黑洞的10个引力半径。在几个引力半径内的距离，光路会被中心黑洞的强引力场强烈弯曲。如果中心的黑洞具有非零的角动量（自旋），光子的偏振面将被引力法拉第效应旋转。观测到的X射线通量和偏振将受到源附近强重力场的显著影响。因此，线性引力透镜理论不足以应付这种极端情况。我们提出了简单的算法计算克尔黑洞的强透镜效应，包括对偏振的影响。我们的算法在两个版本的程序“KERTAP”中实现：MATLAB和Python。KERTAP的关键组成部分是：图形用户界面，{ \it backward}射线跟踪算法，处理引力法拉第旋转的偏振传播器，以及计算通量放大率和偏振角等观测量的算法。我们的算法可以很容易地实现在其他编程语言，如FORTRAN，C和C++。KERTAP的MATLAB版本使用MATLAB并行计算服务器和分布式计算服务器进行并行化。Python代码使用Cython加速，并支持使用'mpi 4py'包完全实现MPI。作为一个例子，我们研究了观测到的偏振和AGN X射线辐射的强透镜放大率的倾角依赖性。我们的结论是，它是可能的执行复杂的数值相关性计算使用解释语言，如MATLAB和Python。
2015-05-11 astro-ph.HE
A New Timing Signature of Black Hole Spin: Time-Delay Asymmetry in Kerr Accretion Flows
The City College of New York（纽约市立学院）
本文提出一种新的广义相对论时间观测量，通过Kerr时空中的反向射线追踪，构建时间延迟地图，定义基于光子从投影自转轴两侧到达的镜像配对不对称性，验证了方法的可靠性，并探讨了其在强引力时间研究和X射线回波映射中的应用。
2026-05-13 astro-ph.HE gr-qc
Collision of an object in the transition from adiabatic inspiral to plunge around a Kerr black hole
围绕质量为$M (\gg μ)$的克尔黑洞旋转的质量为$μ$的物体，在最内层的稳定圆形轨道附近经历了一个连续的过渡，从绝热的螺旋形进入视界，因为引力辐射提取了它的能量和角动量。我们研究这样一个对象的碰撞与一个通用的对应物周围的克尔黑洞。我们发现，该对象的角动量是微调通过引力辐射和高速碰撞的对象与一个通用的对应物自然发生在一个几乎最大旋转的黑洞。我们还发现，质心能量可以远远超过普朗克能量的暗物质粒子碰撞周围的恒星质量的黑洞和高达$10^{58}$尔格的恒星质量的紧凑的对象碰撞周围的超大质量黑洞，目前的过渡形式主义是合理的。因此，快速旋转的黑洞可以加速围绕它们旋转的物体，使其能量足够高，从而引起巨大的物理兴趣。
2011-12-27 astro-ph.HE gr-qc hep-th
