An analytical description of the evolution of binary orbital-parameter distributions in N-body computations of star clusters
利用目前最大的N体模型库，提出了一种新的方法来描述星团中初始普适双星群体轨道参数分布的演化.证明了一个恒星动力学算子的存在，它唯一地转换成一个新的分布依赖于初始集群质量和半质量半径的初始轨道参数分布函数的双星，经过一段时间的动力学演化。对于初始分布，使用Kroupa（1995 a，b）导出的分布函数，该分布函数与主序前和I类二元总体的约束一致。具有较低能量和较高折合质量的双星优先溶解。恒星动力学算符可用于有效地计算和预测星系团和整个星系中的二元性质，而无需进一步的N体计算。对于目前的一套N-体模型，它被发现，二进制人口改变其性质的交叉时间尺度，使恒星动力学运营商可以很好地参数化作为初始集群密度的函数。此外，它表明，在具有类似的初始速度色散的集群的二进制分数遵循相同的演化轨迹作为通过的弛豫时间的函数。目前在星团中观测到的双星种群限制了它们的初始恒星密度，疏散星团的初始恒星密度在10^2 - 2 × 10^5 M_sun pc^-3之间，而球状星团的初始恒星密度在几× 10^3 - 10^8 M_sun pc^-3之间。
2011-06-24 astro-ph.GA
Inspiraling black-hole binary spacetimes: Challenges in transitioning from analytical to numerical techniques
我们探讨了如何最近开发的解析黑洞二元时空可以扩展使用数值模拟超越缓慢inspiral阶段。解析时空近似地解出了爱因斯坦场方程，近似误差随着双星的分离而逐渐变小。为了让时空继续超越缓慢螺旋阶段，我们需要跃迁。这种转变以前曾在较小的分离下进行过探索。在这里，我们在D=20M的间隔（足够大，分析度量预计是准确的）进行这种转变，并演变为六个轨道。我们发现，小的约束违规可以有很大的动力学效应，但这些可以通过使用一个约束阻尼系统，如Z4系统的共形协变公式。我们发现随后的数值时空和预测的后牛顿理论的波形和inspiral率是在后牛顿截断误差之间的协议。
2016-06-23 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Machine learning prediction of binary formation in three-body gravitational encounters
Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS)（基础科学高等研究院）
研究旨在开发机器学习模型预测三体引力相互作用中双星形成。通过在三体散射实验数据集上训练XGBoost二元分类器，输入30个物理特征，模型性能出色且可解释，推理快，能为恒星系统大规模模拟提供有效概率估计。
2026-07-21 astro-ph.GA astro-ph.SR
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
Validating the Effective-One-Body Numerical-Relativity Waveform Models for Spin-aligned Binary Black Holes along Eccentric Orbits
自旋排列双黑洞的连续单体（EOB）数值相对论（NR）波形模型，即SEOBNR波形模型，是基于EOB理论框架和NR模拟的。SEOBNR模型在LIGO科学合作（LSC）引力波（GW）数据分析中的信号搜索和参数估计中发挥了重要作用。准圆轨道的SEOBNR模型通过扩展其有效域并包括更多NR结果，已经从版本1发展到版本4。沿着另一个方向，我们最近将SEOBNRv 1模型扩展到SEOBNRE模型，该模型适用于自旋取向的BBH沿偏心轨道的聚并。在本文中，我们验证这个理论波形模型进行比较，对数值相对论模拟银行，模拟极端时空（SXS）目录。总共研究了278个NR波形，其中包括具有大偏心率、大自旋和大质量比的双星。我们的SEOBNRE可以很好地模拟NR波形。278个波形的拟合因子大多数大于99%。这表明SEOBNRE模型可以作为偏心自旋定向BBH聚并的模板波形。
2019-10-02 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Analytical and Numerical Analysis of Circumbinary Disk Dynamics -- I: Coplanar Systems
本文通过解析与数值方法研究共面环双星盘动力学，发现环双星间隙由本轮不稳定性而非共振力矩维持，对搜寻超大质量黑洞双星信号具有重要意义。
2023-12-10 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Formation and evolution of binary black holes in $N$-body simulations of star clusters with up to two million stars
本文通过含至多两百万颗恒星的星团N体模拟，探索双黑洞形成机制与演化，发现多数并合源于原初双星且演化未受动力学相遇显著影响，动力学并合多发生于星团束缚态，强调了N体模拟的重要性并挑战现有理论结论。
2025-02-13 astro-ph.GA
NbodyCP:A direct N-body simulation code for composite stellar populations of single and binary star clusters
本文开发直接 N 体模拟代码 NbodyCP，用于研究单星团和双星团中复合恒星族的形成与演化，揭示动力学过程可形成复合恒星族、星团对及双核或棒状等特殊结构，并发现双星团间距显著影响成员星团并合或远离的时间。
2025-11-09 astro-ph.GA astro-ph.IM
Evaluating the Merger Rate of Binary Black Holes from Direct Captures and Third-Body Soft Interactions Using the Milky Way Globular Clusters
在引力波中探测到的大量双黑洞合并重新引起了我们对可能成为这些合并摇篮的环境的兴趣。在这项工作中，我们研究合并率的双黑洞的球状星团，是最密集的恒星环境和自然的地方，创造的黑洞双星。为了模拟这些系统的所有变化，我们依赖于已知的银河系球状星团的观测特性。我们认为，直接捕获事件之间的黑洞，以及软相互作用的黑洞双星与恒星作为第三机构，加速这些双星的演化。我们发现，从直接捕获的双黑洞合并的平均速率为$0.3-5 \times 10^{-11}$年$^{-1}$每个集群。第三体软相互作用是一个更为突出的渠道，每个集群的平均速率为$2-4 \times 10^{-10}$/年$^{-1}$。在球状星团中，这些速率可以导致每年约100次合并的累积合并率，最高可达红移1，即在不久的将来的双星黑洞合并事件中可检测到的相当大的一部分。进一步观测星团的质量、轮廓特性、恒星的速度色散及其宇宙学分布，将使我们能够更好地约束这些环境对可检测的合并事件率的贡献。
2020-07-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
N-body simulation of binary star mass transfer using NVDIA GPUs
双星系统对天文学家特别感兴趣，因为它们可以作为天体物理实验室来研究恒星的性质和过程。我们银河系中70%到90%的恒星都是双星系统的一部分。在观测到的许多类型的双星系统中，半分离和接触系统的动力学是最有趣的，因为它们表现出质量转移，这改变了两颗恒星的组成和生命周期。传质过程的时间尺度非常大，这使得该过程不可能通过物理观察来捕获。计算机模拟已被证明是非常宝贵的，在完善我们的理解传质过程。在这里，我们介绍了一个直观的，计算效率高，重力为中心的模型，模拟膨胀的恒星的洛希瓣的填充和通过第一拉格朗日点的质量转移。
2023-03-21 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
The Boltzmann-Poisson equation with a central body: analytical solutions in one and two dimensions
本文研究了围绕中心天体的等温自引力系统，推导出一维和二维玻尔兹曼-泊松方程的解析解，获得了中心天体周围密度分布的显式表达式，并指出该结果可应用于布朗粒子、细菌趋化性和二维涡旋等模型。
2024-05-30 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
R144 : a very massive binary likely ejected from R136 through a binary-binary encounter
R144是一个最近被证实的非常巨大的光谱双星，它似乎是从大质量年轻星团R136的核心中分离出来的。Sana等人认为，由于双星的性质和高质量，动力学抛射假说作为其位置的起源是不可能的。我们在这里表明，通过直接的N体计算，一个非常巨大的双星系统可以很容易地动态弹出一个R136类集群，通过一个非常巨大的系统近距离接触。四分之一的N体星系团模型产生了一个动态喷射的非常大质量的双星系统，其质量与R144相当。该系统的质量为$\approx$ 355 Msun，距离母星系团中心36.8 pc，由于双星间的相互作用，在200万年前以57 km/s的速度远离星系团。这意味着R144可能是通过与另一颗大质量双星或单星的强烈碰撞而从R136中弹射出来的。此外，我们还讨论了在N-体模型中从母星团中被动态抛出的所有大质量双星和单星。
2013-11-12 astro-ph.GA astro-ph.SR
Unexpected Formation Modes of the First Hard Binary in Core Collapse
对于第一个在核心坍缩中形成的硬双星，传统的看法是，单个恒星的三体相互作用形成了许多软双星，其中大多数很快就被摧毁，但最终有一个幸存下来。我们报告直接N体模拟来测试这些想法，第一次。我们发现，这两个假设往往是不正确的：1）相当多的三体相互作用从头开始产生硬二进制; 2）在许多情况下，有三个以上的机构直接和同时参与第一个二进制的生产。造成差异的主要原因是星团的核心，在第一次深度坍缩时，通常只包含五颗左右的恒星。因此，均匀背景假设，这仍然是合理的，比如说，25颗恒星，完全打破。在这个方向上有一些猜测，但我们在这里明确地证明了这一结果，第一次。
2011-07-20 astro-ph.GA
An Analytical, Statistical Approximate Solution for Dissipative and non-Dissipative Binary-Single Stellar Encounters
我们提出了一个统计近似解的约束，非层次的三体问题，并将其扩展到硬双星系统和单星之间的遭遇的一般分析。当三颗恒星中的一颗被弹射到无穷远处时，任何这样的相遇都会终止，留下一颗残余双星;双星-单星散射的问题包括找到残余双星轨道参数的概率分布，作为总能量和总角动量的函数。在这里，我们将相遇建模为一系列紧密的，非分层的，三重的方法，穿插着分层的阶段，其中系统由一个内部的双星和一颗围绕它运行的恒星组成-这将整个相遇的演变转变为连续分层阶段之间的随机行走。我们使用的解决方案的约束，非层次的三体问题，找到步行者的过渡概率，我们概括的情况下，潮汐相互作用是重要的。除了潮汐，任何耗散过程都可以纳入随机游走模型，因为它是完全通用的。我们的近似解可以再现过去数值模拟的结果，并可以考虑不同的环境和不同的耗散效应。因此，该模型可以有效地取代直接的少体积分的需要，在任何环境下的双单相遇的研究。此外，它允许简单地包括耗散力，通常不占在完整的N体积分方案。
2021-06-18 astro-ph.GA physics.class-ph
A Million Three-body Binaries Caught by Gaia
本研究构建半解析模型，揭示星团中三体双星形成机制可高效产生宽距高偏心双星，并成功再现盖亚观测到的百万双星总数及轨道分布，为解释这些神秘系统提供重要通道。
2025-09-11 astro-ph.GA
An analytical approach to binary populations in globular clusters
Northwestern University（西北大学）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文通过分析方法表明，球状星团中双星分数低是由于动力学溶解软原生双星，研究强调恒星黑洞在塑造星团双星人口中的关键作用。
2026-04-02 astro-ph.GA astro-ph.SR
Dark matter dynamical friction on binary stars in the faintest dwarf galaxies: I. Analytical approach
Université libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学）；Brussels Laboratory of the Universe – BLU-ULB（宇宙布鲁塞尔实验室）
暗物质主导环境中，双星体的动力学摩擦影响其轨道参数和偏心率振荡，可能增强速度弥散测量中的偏差。
2026-10-16 astro-ph.GA
Binary Information from Open Clusters Using SEDS (BINOCS) Project: The Dynamical Evolution of the Binary Populations in Cluster Environments
研究星团的内部动力学主要通过N体模拟进行。N-Body模拟的主要输入之一是双星频率和质量分布，目前受到来自场双星的关系的约束。然而，要真正了解集群环境如何演化，需要星团内的二进制数据，包括质量。迄今为止，关于星团中双星质量的详细信息，主要的和次要的都是有限的。目前可用的主要技术是深度有限的径向速度测量。使用以前的双波段光度计为基础的研究，可能涵盖不同的质量范围产生潜在的不一致的解释所观察到的二元人口。我们介绍了一种新的二进制检测方法，二进制信息从疏散星团使用SED（BINOCS），涵盖了广泛的质量范围，需要提高集群N体模拟输入和比较。使用新观察到的多波长光度计目录（0.3 - 8微米）的关键疏散星团的年龄范围内，我们可以表明，BINOCS方法确定准确的二进制组件质量未解决的集群二进制通过比较现有的RV为基础的研究。使用这种方法，我们提出的动态演化的二进制从0.4 - 2.5太阳质量的五个原型集群，跨度30万年至3.5 Gyr，以及如何二进制人口演变的函数质量。
2015-11-16 astro-ph.GA astro-ph.SR
