The Bardeen-Petterson effect in accreting supermassive black-hole binaries: a systematic approach
盘驱动迁移是富气星系中超大质量黑洞双星演化的关键阶段。除了促进螺旋外，粘性相互作用还倾向于使黑洞的自旋与圆盘的轨道角动量对齐。我们提出了一个关键的和系统的调查这个问题，也被称为巴丁-彼得森效应。我们设计了一个新的迭代格式来求解在相对论标架拖曳和双星伴星影响下的翘曲吸积盘的非线性动力学。我们的特点的影响，光盘的“临界quantiity”，这标志着固定的解决方案不存在的参数空间的区域。我们发现，黑洞的自旋达到完全对齐或临界配置。达到临界结晶度可能意味着流体动力学模拟中观察到的圆盘破裂。我们的发现对于预测超大质量黑洞双星进入引力波驱动区并被LISA探测到的自旋构型是很重要的。
2020-07-06 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
On using inspiralling supermassive binary black holes in the PTA frequency band as standard sirens to constrain dark energy
银河系中心的超大质量双星黑洞（SMBBH）可能辐射出纳赫兹频段的引力波（GW），脉冲星计时阵列（PTA）有望在不久的将来探测到这些引力波。来自宇宙距离上单个SMBBH的GW信号，如果被PTA探测到，可能是强大的标准警报器，可用于独立测量距离，从而限制宇宙学参数。在本文中，我们调查的约束，可能会获得的状态方程（$w$）的暗能量通过使用这些SMBBH，预计将被发现的PTA在平方公里阵列（SKA）时代。通过考虑目前可用的SMBBH候选人和模拟SMBBH在宇宙中产生一个简单的星系主要合并模型，我们发现，$\sim 200$ $3000$ SMBBH与啁啾质量$>10^9M_\odot$预计将被检测到的信号噪声比$>10$的SKA-PTA与保守和乐观的设置，他们可以用来把一个约束$w$的不确定性$Δw\sim 0.02-0.1$。如果可以通过电磁观测提供关于这些SMBBH的质量和质量比的进一步信息（例如，啁啾质量不确定性$\lesssim 50\%$），该约束可以进一步改进到$\lesssim 0.01$水平，因为更多的SMBBH将被SKA-PTA以相对更好的距离测量检测到，并且可以用作标准警报器。
2019-12-10 astro-ph.GA
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
The nightmare scenario: measuring the stochastic gravitational-wave background from stalling massive black-hole binaries with pulsar-timing arrays
星系合并时形成的大质量黑洞双星是正在进行的脉冲星定时阵列（PTA）实验和即将到来的天基LISA干涉仪的主要引力波来源之一。然而，它们的形成和合并率仍然非常不确定。最近PTAs获得的随机引力波背景的上限开始与这些系统的配对和轨道演化的理论模型处于边缘紧张状态。这种张力可以通过假设这些双星比预期的更偏心或与环境（气体和恒星）的相互作用更强烈，或者通过解释理论模型构建中可能的选择偏差来解决。然而，另一种（悲观的）可能性是这些二进制文件根本不合并，而是在大（$\sim$ pc）分离时停止。我们探索这种极端的情况下，使用一个星系形成的半解析模型，包括大规模黑洞（孤立的，在二进制），并表明，未来几代的PTA将检测到随机引力波背景下的大规模黑洞二进制人口在$10-15$年的观测，即使在“噩梦般的情况下”，所有的二进制失速在硬化半径。此外，我们认为，这种情况是过于悲观，因为我们的模型预测存在一个子群的双星与小质量比（$q \lesssim 10^{-3}$），应该合并在哈勃时间内，仅仅是由于引力波发射。由于下一代射电望远镜，如SKA或FAST，以及可能的LISA，未来的PTA将以大的信噪比观测到这一子群。
2017-06-15 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Direct determination of supermassive black hole properties with gravitational-wave radiation from surrounding stellar-mass black hole binaries
相当数量的恒星质量黑洞（BH）双星可能在星系核或周围的气体盘中合并。利用空间引力波观测站，我们可以使用这样的双星作为信号载体来探测由中心超大质量黑洞（SMBH）引起的调制，这进一步允许我们对SMBH的性质进行限制。我们特别表明，德西特进动的内部恒星质量的二进制的轨道角动量（AM）周围的外轨道的AM将是可检测的，如果进动周期是可比的观测时间，通常是几年。一旦探测到，进动可以与外轨道运动产生的多普勒频移相结合，以单独确定SMBH的质量和外轨道间隔，每一个都具有100级的精度。如果我们进一步假设由星载和地基探测器联合探测，则可探测性阈值可扩展到约100年的岁差周期。
2020-12-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Detecting the Orbital Motion of Nearby Supermassive Black Hole Binaries with Gaia
我们表明，为期10年的盖亚任务可以通过天体测量检测附近明亮活动星系核（AGN）中心约1亚秒差距分离的超大质量黑洞二元体的轨道运动。候选活动星系核的红移为z=0.02，在V波段的星等范围$10 \lesssim m_V \lesssim 13$内。可探测的双星质量分布在几倍于$10^7$太阳质量时达到峰值，在几倍于$10^8$太阳质量时被截断。
2020-03-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
Probing Self-Interacting Dark Matter via Gravitational-Wave Background from Eccentric Supermassive Black Hole Mergers
本研究利用偏心超大质量黑洞双星并合产生的随机引力波背景，结合改进的动力学摩擦与轨道演化模型，证明脉冲星计时阵列可约束自相互作用暗物质截面。
2025-09-02 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Strongly Lensed Supermassive Black Hole Binaries as Nanohertz Gravitational-Wave Sources
本研究探讨利用强引力透镜放大效应提高脉冲星计时阵列对超大大质量黑洞双星引力波源的探测能力，预计可探测到红移约2的少数透镜双星系统，并增加多达约30个可分辨源，同时为多信使观测提供可能。
2023-06-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Galactic-scale Feeding Reveals Warped Hypermagnetized Multiphase Circumbinary Accretion Around Supermassive Black Hole Binaries
本研究通过星系尺度物质补给的模拟，揭示了超大质量黑洞双星周围超磁化、多相、偏心扭曲的环双星吸积盘及双极磁塔状外流，深化了对双星演化真实吸积条件的理解。
2025-04-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraining the origin of the nanohertz gravitational-wave background by pulsar timing array observations of both the background and individual supermassive binary black holes
本研究利用BBH种群合成模型，探讨CPTA对单个超大质量双黑洞的探测概率，并通过对GWB和单个BBHs的观测约束纳赫兹引力波背景的起源。
2024-09-26 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Constraints on Individual Supermassive Black Hole Binaries from Pulsar Timing Array Limits on Continuous Gravitational Waves
脉冲星计时阵列（PTAs）对亚秒差距尺度上超大质量黑洞双星发射的连续引力波的应变振幅施加了越来越严格的限制。在本文中，我们将在特定的星系在已知的距离超大质量黑洞的动力学质量$M_{bh}$的独立信息，并使用这些额外的信息，以进一步限制这些星系是否可以主机可检测的超大质量黑洞二进制。我们估计的应变振幅从个别双星作为一个函数的二进制质量比附近的两个样本的星系：（1）直接动力学测量的$M_{bh}$在文献中，和（2）116个最大的早期型星系（因此可能主机的最大质量的黑洞）在108 Mpc的大规模调查。我们的探索性分析表明，目前的PTA上限的连续波（作为在天空中的角位置的函数）已经可以约束质量比的假设黑洞双星在我们的样本中的许多星系。对于具有较大$M_{bh}$和较小距离的星系，这种约束更强。对于在NGC 1600、NGC 4889、NGC 4486（M87）和NGC 4649（M60）中心有$M_{bh} \gtrsim 5\times 10^9 M_\odot$的黑洞，任何在PTA频带内的轨道上的双星伴星的质量比必须是百分之几或更少。
2016-04-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Likelihood for Detection of Sub-parsec Supermassive Black Hole Binaries in Spectroscopic Surveys
出于观测搜索亚秒差距超大质量黑洞二进制文件（SBHBS），我们开发了一个模块化的分析模型，以确定正在进行的光谱调查检测SBHBS的可能性。该模型结合了参数化率的轨道演化的SBHB在circumbinary磁盘与光谱调查的选择效果，并返回一个多变量的可能性SBHB检测。基于这个模型，我们发现，为了发展到检测窗口的光谱搜索从更大的分离在小于哈勃时间，$10^8M_\odot$ SBHBs必须，平均而言，经历角动量传输速度比所提供的磁盘吸积率$0.06\,\dot{M}_E$。每年观测一次的光谱搜索原则上对轨道间隔为$< {\rm few}\times 10^4\, r_g$的双星很敏感（$r_g = GM/c^2$和$M$是双星的质量），在这个范围内，每一个SBHB都应该有超过200个引力束缚系统，它们具有类似的性质，但间隔更大。此外，如果在这个分离范围内的所有SBHB的光谱都显示出光谱搜索所使用的类似活动星系核的发射线，那么投影因子意味着每个观测到的$10^8M_\odot$ SBHB都有五个未检测到的双星，它们的质量比为$0.3$，轨道分离为$10^4\,r_g$（如果SBHB的某些部分是不活跃的，则会有更多）。这个模型可以用来推断最有可能的轨道参数观测到的SBHB候选人，并提供限制的SBHB的轨道演化率，如果观察到的候选人被证明是真正的二进制。
2018-06-07 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Evidence for Supermassive Black Hole Binaries
本文综述了超大质量黑洞双星的存在证据与观测特征，探讨了其形成机制、与宿主星系的相互作用对引力波信号的影响，以及LISA和脉冲星计时阵列未来的探测前景。
2025-11-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Quasars can Signpost Supermassive Black Hole Binaries
本研究结合引力波背景信号、周期性活动星系核候选样本及类星体质量函数，发现类星体包含超大质量黑洞双星的可能性最多是随机星系的五倍，为脉冲星计时阵列搜索提供优先方向。
2025-04-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Supernovae in massive binaries and compact object mergers near supermassive black holes
围绕星系核中的超大质量黑洞（SMBH）的核星团是宇宙中的致密系统之一，拥有数百万颗恒星和致密天体（CO）。在距离SMBH几个秒差距的范围内，恒星可以形成双星。在本文中，我们模型的超新星（SN）的过程中，出生在SMBH附近，产生CO二进制的大规模的二进制文件。这些双星后来可以通过发射引力波合并，这是Lidov-Kozai机制的结果。我们研究了这些系统的动力学演化的高精度$N$体模拟，包括后牛顿（PN）项高达2.5 PN阶。我们采用不同的处方出生的速度踢在SN过程中给予，并发现较大的踢导致更紧凑的二进制合并更接近SMBH。我们还得出结论，大多数的合并进入LIGO波段具有非常高的偏心率。最后，我们分别计算了BH-BH、BH-NS、NS-NS的$0.05$-$0.07\ \mathrm{Gpc}^{-3} \mathrm{yr}^{-1}$、$0.04$- $2\times 10^{-3}\ \mathrm{Gpc}^{-3} \mathrm{yr}^{-1}$、$9.6\times 10^{-6}$ - $2.7\times 10^{-3}\ \mathrm{Gpc}^{-3} \mathrm{yr}^{-1}$的合并率，小于实际的LIGO-Virgo观测率。
2019-10-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
Exploring Proxies for the Supermassive Black Hole Mass Function: Implications for Pulsar Timing Arrays
本文提出从速度弥散函数而非恒星质量函数推断SMBH质量函数，以改进双SMBH族群和GWB预测，并分析其对PTA探测可分辨源的影响。
2023-06-02 astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraints On The Dynamical Environments Of Supermassive Black-hole Binaries Using Pulsar-timing Arrays
我们介绍了一种技术的引力波分析，高斯过程回归是用来模拟应变谱的随机背景，使用人口合成模拟。这导致了对天体物理参数的直接贝叶斯推断。对于PTAs具体来说，我们插值超大质量黑洞二元环境的参数空间，包括3体恒星散射，和不断变化的轨道偏心率。我们说明了我们的模拟数据的方法，并评估与NANOGrav 9年数据发布类似的数据推断的前景。
2017-05-05 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
Tidal Disruption Event Demographics in Supermassive Black Hole Binaries Over Cosmic Times
本研究通过模拟SMBH双星探究TDE速率随质量和红移的变化，发现双星系统TDE速率随质量增加，与单SMBH趋势相反，为解释观测速率和约束双星比例提供了可测试框架。
2025-07-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
Birth, life, and death of black hole binaries around supermassive black holes: dynamical evolution of gravitational wave sources
本文探讨了超大质量黑洞周围恒星黑洞双星的形成和演化机制。我们发现，动力学相互作用可以有效地驱动“原位”BHB的形成，如果SMBH是由一个巨大的核集群（NC）包围，而轨道分离的星团可以补充SMBH为主的核中的BHB水库。我们讨论了恒星硬化和质量分离的共同作用如何塑造BHB轨道特性。我们使用直接N体模拟，包括后牛顿修正高达2.5阶的研究BHB-SMBH的相互作用，表明Kozai-Lidov机制在缩短双星寿命中起着至关重要的作用。我们发现，合并概率弱依赖于SMBH质量的$10^6-10^9{\rm ~M}_\odot$质量范围内，导致合并率$Γ\simeq 3-8$年$^{-1}$ Gpc $^{-3}$在红移为零。几乎$40\%$的合并在“BH质量间隙”，$50-140{\rm ~M}_\odot$的质量，从而表明星系核是理想的地方形成BH在这个质量范围。我们认为，引力波（GW）源的组件质量$m_1>40{\rm ~M}_\odot$和$m_2<30{\rm ~M}_\odot$将代表一个强有力的指示星系核的起源。这些合并中的大多数可能是本地宇宙中的多波段GW源：几乎$40\%$可能被LISA视为偏心源，几年后，LIGO和爱因斯坦望远镜将其视为圆形源，使DECIGO这样的分赫兹天文台成为独特的仪器，可以在双星螺旋期间进行观测。
2020-02-10 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Nanohertz Gravitational-Wave Constraints on Supermassive Binary Black Holes at Cosmic Dawn
Beijing Normal University（北京师范大学）；Curtin University（科廷大学）；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））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Monash University（蒙纳士大学）；University of Melbourne（墨尔本大学）
研究人员引入考虑红移的脉冲星计时阵列框架，对宇宙黎明时期高红移超大质量双黑洞给出纳赫兹引力波约束，建立了探测早期宇宙黑洞并合的实用框架。
2026-09-03 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Probing the Delay Time of Supermassive Black Hole Binary Mergers With Gravitational Waves
本研究提出结合未来引力波测量与星系巡天模拟数据，利用分层贝叶斯推断和模型选择方法，推断超大质量黑洞双星合并的延迟时间分布并检验演化模型。
2023-06-28 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Predicting Potential Host Galaxies of Supermassive Black Hole Binaries Based on Stellar Kinematics in Archival IFU Surveys
Bishop’s University（主教大学）；Trottier Space Institute and Department of Physics, McGill University（麦吉尔大学特鲁蒂尔太空研究所和物理系）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Vanderbilt University（范德堡大学）
利用存档IFU数据，通过恒星动力学特征识别可能宿主超大质量黑洞双星的星系，为脉冲星定时阵列探测提供候选目标。
2026-04-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
Eccentricity effects on the supermassive black hole gravitational wave background
本研究针对偏心距对超大质量黑洞引力波背景频谱的影响，提出快速半解析计算方法，结合脉冲星计时阵列观测发现纯引力波驱动下支持高偏心距系统，纳入环境效应后初始偏心距可降低但纯圆轨道仍不被支持。
2024-12-13 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Next-Generation Very Large Array: Supermassive Black Hole Pairs and Binaries
下一代甚大阵列（ngVLA）有可能成为发现和研究成对超大质量黑洞的主力，无论是在大分离（对偶）还是在紧束缚系统（二元）中。在本章中，我们概述了研究这些超大质量对的科学案例，并总结了可以在无线电波长下发现它们的发现方法：包括形态学，光谱和时域识别。这项工作的一个关键方面是，多信使二进制黑洞的研究可能与ngVLA结合使用脉冲星定时阵列技术的引力波搜索时。然而，长基线干涉测量（>>1000公里）将使这种可能性更大，因为它扩大了红移范围，在这个范围内，可以分辨和研究两个独立的黑洞产生的无线电发射。
2018-08-13 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
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
Dynamics and spin alignment in massive, gravito-turbulent circumbinary discs around supermassive black hole binaries
本研究通过3D流体动力学模拟探究超大质量黑洞双星周围环双星盘的动力学与自旋演化，发现双星均会收缩且无次级黑洞优先吸积，导致引力波背景较弱，但自旋对齐速度快于双星旋近时标。
2024-09-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
Detection and localization of single-source gravitational waves with pulsar timing arrays
脉冲星定时阵列（PTA）可用于搜索甚低频（$10^{-9}$ Hz）引力波（GW）。在本文中，我们提出了一种通用的方法，使用PTA的单源GW的检测和定位。我们证明了这种新方法的有效性为三种类型的信号：单色波预期从个人超大质量的二进制黑洞在圆形轨道，GWs从偏心双星和GW爆发。我们还测试了它的实现在现实的数据集，包括影响，如不均匀的采样和异构数据跨度和测量精度。结果表明，我们的方法，它在频域中工作，以及出版的时域方法。特别是，我们发现它相当于单色波的$\mathcal{F}_{e}$统计。我们还讨论了空流的建设-数据流，具有空响应GW，和使用空流作为一致性检查的情况下，检测到GW信号的前景。最后，我们提出了个别超大质量双黑洞偏心轨道的敏感性。我们发现，一个单色的搜索，是专为圆形二进制可以有效地检测偏心二进制高和低偏心率，而谐波求和技术提供了更大的灵敏度，只有中等偏心率的二进制。
2015-03-26 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Supermassive Black Hole Binaries in Ultralight Dark Matter
该研究探究超轻暗物质（ULDM）对超大质量黑洞双星演化的影响，发现ULDM形成的大质量准粒子可通过提取双星能量角动量、增强恒星弛豫补充损失锥两种途径解决黑洞并合的最后秒差距问题。
2023-11-29 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Supermassive Binaries in Ultralight Dark Matter Solitons
该研究通过模拟发现，超轻暗物质孤子会显著加速超大质量黑洞双星的轨道衰减，且粒子质量大于10^-21 eV时可缓解最终秒差距问题并抑制低频引力波。
2025-06-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tidal disruption events from supermassive black hole binaries
研究了超大质量黑洞（SMBH）双星对恒星的潮汐扰动的扰动前引力动力学和扰动后流体动力学。我们专注于相对较低的质量原色（$10^6M_{\odot}$），中等质量比，分离与合理的长引力波inspiral时间（几十万年）。首先，我们产生一个大的合奏（1和10万之间）的限制三体积分，以量化的统计特性的潮汐中断圆形SMBH二进制初始未绑定的恒星。与单个SMBH破坏的参考情况相比，二元势在破坏点处引起恒星的比能量和角动量的显着变化。第二，我们使用牛顿数值流体力学研究的详细演变的后备碎片从120个中断随机选择的三体合奏（不包括最深的穿透遇到）。我们发现，碎片的整体形态被大大改变的存在下的第二个黑洞，吸积率的历史显示了广泛的行为，包括数量级下降和过剩的控制模拟，其中只包括一个黑洞。在某些情况下，复杂的演化持续了双星的许多轨道周期。我们在与双轨道周期相关的时间尺度上的吸积曲线中找到了功率的证据，尽管没有确切的周期性。我们讨论了我们的研究结果在未来的宽场调查的背景下，并评论的前景，确定和表征的事件发生在核与二进制SMBHs的子集。
2016-11-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Implications of the Eccentric Kozai-Lidov Mechanism for Stars Surrounding Supermassive Black Hole Binaries
恒星潮汐破裂事件（TDEs）发生率的增加可能是近距离超大质量黑洞（SMBH）双星的一个重要特征。在这里，我们研究了由于偏心Kozai-Lidov（EKL）机制导致的SMBH双星周围恒星分布的演化，包括由恒星质量分布和广义相对论引起的八极效应和拱点岁差。我们确定了一个区域周围的一个SMBH的二进制EKL机制驱动恒星的高偏心率，这最终导致恒星要么散射的第二SMBH或得到中断。对于质量为10^7 Msun和10^8 Msun的SMBH，TDE速率可以达到10^{-2}年，并在约50万年内耗尽次级SMBH周围的恒星尖点区域。因此，在次级SMBH周围0.01到0.1 pc之间的恒星分布的最终几何形状是一个环面。这些效应在拥有超大质量和中等质量黑洞的核星团中可能更加突出。
2015-05-22 astro-ph.GA
Astrophysical Population Coordinates for Supermassive Black Hole Binaries in Pulsar Timing Array Inference
State Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, Xinjiang Astronomical Observatory, CAS（中国科学院新疆天文台射电天文与技术重点实验室）；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）；Xinjiang Key Laboratory of Radio Astrophysics（新疆射电天体物理学重点实验室）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
该研究利用脉冲星计时阵列通过纳赫兹引力波背景探测超大质量黑洞双星群体物理，构建唯象前向模型，约束三个标准化群体坐标β、有效φ、有效m，量化了脉冲星计时阵列摘要的相对敏感性，且附近群体实现保留大量后验重叠。
2026-07-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Unveiling supermassive black hole binaries with FUV-to-NIR spectropolarimetry
本文回顾了常规技术探测超大质量双黑洞的复杂性，提出利用 FUV 至 NIR 高光谱分辨率偏振计（如 POLLUX）结合 Habitable Worlds Observatory 来有效筛选候选者并推动河外天体研究。
2025-06-30 astro-ph.GA
Dynamical friction and the evolution of Supermassive Black hole Binaries: the final hundred-parsec problem
原本位于两个合并星系核中的超大质量黑洞将在残余核心中形成双星。大质量双星的早期演化是由动力学摩擦驱动的，然后双星变得“硬”，并最终通过引力波发射达到合并。{我们考虑由次级黑洞组成的大质量双星的动力学摩擦演化，次级黑洞在由更大质量的中心黑洞控制的恒星尖点内运行。}在我们的治疗中，我们包括摩擦力的恒星移动速度比inspiralling对象，这是忽略了在标准的Sirrasekhar的治疗。我们表明，如果恒星尖点密度剖面上升不太陡比$ρ\propto r^{-2}$的二进制偏心率增加。在比$ρ\propto r^{-1}$浅的尖点中，由于缺乏比大质量天体运动速度慢的恒星，摩擦时标会变得非常长。虽然包含快速恒星会增加衰变率，但在足够大质量的星系中，低质量比双星（$q\lesssim 10^{-3}$）的衰变时间尺度比一个哈勃时间更长。在这样的小合并期间，次级孔在偏心轨道上停在初级孔的影响半径的十分之一量级的距离处（即，大质量椭圆星系的$\approx 10-100\rm pc$）。我们计算了作为宿主星系质量的函数的失速卫星的预期数量，并表明最明亮的星系团星系应该有$\gtrsim 1$这样的卫星轨道在其核心。我们的结果可以解释许多观测，包括核心椭圆星系中的多核现象，偏心活动星系核和偏心核盘。
2017-04-03 astro-ph.GA gr-qc
Final stage of merging binaries of supermassive black holes: observational signatures
人们对双超大质量黑洞（SMBH）的兴趣越来越大，但在观测中，分离小于~1光日（10^8 Msun的引力半径为~10^2）的合并双星在引力波的控制下迅速演化，是难以捉摸的。在本文中，我们讨论了三个区域的组成SMBH周围的迷你盘的命运：1）低速率（对流主导吸积流（ADAF）），2）中等速率，3）超爱丁顿吸积率。具有中间速率的微型盘通过热电晕的热传导进行蒸发，形成混合径向结构。当双星轨道周期小于蒸发小圆盘的声传播时间尺度时，由于圆盘将被高度扭曲而被破坏，因此出现了一种新的不稳定性，称为声不稳定性。我们证明了小圆盘的声不稳定性与A_{crit} ~10^2 Rg的临界分离，并且腔中充满了热气体。对于这些二进制，组件SMBH的吸积与邦迪模式的ADAF制度，显示周期性的变化所造成的多普勒增强效应的无线电从ADAF由于轨道运动。与此同时，环双星盘（CBD）仍然没有足够的热（紫外赤字）来产生光子来吸收气体以获得宽发射线。当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，而当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，而当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，而当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，CIV线出现。此外，如果CBD与二元平面不对准，则预期具有约十倍射电周期的光学周期变化。
2022-11-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Local Nanohertz Gravitational-Wave Landscape From Supermassive Black Hole Binaries
超大质量黑洞双星（SMBHB）在1000万到100亿$M_\odot$范围内形成于星系合并中，并生活在气体和恒星浓度大且约束不佳的星系核中。目前还没有观察到合并SMBHB-事实上，它们可能在最后的分离秒差距处停止，永远不会合并。虽然LIGO探测到了高频GW，但SMBHB发射的GW在纳赫兹到毫赫兹波段。地面干涉仪无法做到这一点，但脉冲星定时阵列（PTA）可以做到。利用2微米全天空巡天中的本地星系数据，以及来自Illustris的星系合并率，我们发现平均有$91\pm7$源在PTA波段发射GW，而$7\pm2$双星永远不会合并。本地未解决的SMBHB可以在$\sim20\%$的水平上对GW背景各向异性做出贡献，并且如果GW背景可以被成功地隔离，则可以在10年内检测到来自至少一个本地SMBHB的GW。
2017-08-11 astro-ph.GA
The NANOGrav 11yr Data Set: Limits on Supermassive Black Hole Binaries in Galaxies within 500Mpc
超大质量黑洞双星（SMBHB）是星系合并的结果，经常在星系核中形成。在亚秒差距的距离，双星成为低频引力波（GW）的强源，脉冲星定时阵列（PTA）的目标。我们使用最近的上限连续GW从北美纳赫兹天文台的引力波（NANOGrav）11年的数据集放置在附近的大质量星系的假定SMBHB的约束。我们编制了一个包含本地宇宙中约44，000个星系的综合目录（红移约为0.05），并在其中填充了假设的双星，假设双星的总质量等于从全球尺度关系导出的SMBH质量。假设圆形等质量双星发射在NANOGrav的最敏感的频率为8 nHz，我们发现216个星系在NANOGrav的灵敏度范围内。我们通过计算此类二进制在NANOGrav阵列内诱导的总信噪比（S/N），基于GW可检测性对潜在SMBHB进行排名。我们对这216颗假想双星的啁啾质量和质量比进行了限制。对于19个星系，只有非常不等质量的双星是允许的，次级星系的质量小于主星系的10%，大致相当于银河系中SMBHB的限制。此外，我们能够排除主要合并（质量比至少为1/4）为这些星系的几个交付的双星。我们还得出了纯粹基于GW数据的主要合并所交付的二进制文件密度的第一个限制。
2021-01-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
A Radial Velocity Test for Supermassive Black Hole Binaries as an Explanation for Broad, Double-Peaked Emission Lines in Active Galactic Nuclei
对于在某些活动星系核（AGN）光谱中观测到的宽的双峰巴耳末发射线，人们提出的一种解释是，它们与亚秒差距超大质量黑洞（SMBH）双星有关。在这里，我们通过几十年的监测双峰H-α发射线的速度结构，在13个低红移，主要是无线电响亮的活动星系核测试的二元宽线区域假说。与Eracleous等人（1997）的早期测试相比，这是一个更大的对象集，我们对该论文中研究的三个对象使用了更长的时间序列。虽然系统的径向速度变化可以在它们的许多谱线中追踪到，但它们显然不像那些在圆形轨道上的光谱双星。因此，任何分光双星的周期都必须比监测的跨度长得多（假设轨道是圆形的），而这又要求黑洞的质量比使用诸如混响测绘和恒星速度色散等技术获得的这些物体的质量高出1-2个数量级。此外，双峰巴耳末线轮廓的电离连续体的波动和Ly-alpha配置文件的形状的响应是不兼容的SMBH二进制。因此，二元宽线区假说是不受欢迎的。其他过程明显地塑造了这些线轮廓，并导致双峰的长期速度变化。
2015-12-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Hot, cold, and multi-component accretion flows around supermassive black hole binaries
本研究提出了一种模型，用于解释超大质量黑洞双星的多组分吸积流特性，并通过观测数据验证了其自洽性。
2025-12-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Infalling clouds on to supermassive black hole binaries - II. Binary evolution and the final parsec problem
大质量黑洞双星（MBHB）的形成是星系连续合并演化的必然结果。然而，驱动它们的轨道演化从秒差距分离到引力波（GW）主导的制度的机制知之甚少，它们的最终命运仍然不清楚。如果这样的双星嵌入在富含气体和湍流的环境中，就像在星系合并的残留物中观察到的那样，与气体团（如分子云）的相互作用可能会有效地驱动它们的轨道演化。使用数值模拟，我们测试这一假设，通过研究一个等质量，圆形MBHB吸积下落分子云的动力学演化。我们调查不同的轨道配置，共13个系统建模，探索不同的可能的碰撞参量和相对倾角的云二遇到。我们集中我们的研究在第一个几个轨道时的动力学演化的二进制最快的提示，瞬态阶段，发现这种演变是占主导地位的角动量交换通过气体捕获的个人黑洞和吸积。在这些结果的基础上，我们构建了一个简单的模型，用于进化MBHB与云序列的相互作用，这些云序列是从合理的种群中随机抽取的，它们的角动量分布具有不同程度的各向异性。我们表明，二进制有效地发展到GW的排放制度在数亿年内，克服了“最后秒差距”的问题，无论恒星分布。
2017-08-02 astro-ph.GA astro-ph.HE
Multimessenger pulsar timing array constraints on supermassive black hole binaries traced by periodic light curves
发射引力波的超大质量黑洞双星系统可以用周期光变曲线来追踪。我们收集了149个这样的周期性光变曲线的目录，并利用它们的质量，距离和周期，预测了引力波应变和使用全天探测地图的每个候选双星的可探测性。我们发现，国际脉冲星定时阵列（IPTA）提供了几乎均匀的天空覆盖范围-IPTA的独特能力-到2025年，NANOGrav目前的最小可检测应变将提高6倍，其体积将提高216倍。此外，到2025年，IPTA将达到三个候选者的检测灵敏度，到本十年结束时将达到13个候选者，使我们能够限制用于估计SMBH质量的潜在经验关系。我们发现我们实际上已经可以将Mrk 504中双星的质量限制为$M<3.3\times 10^9~M_\odot$。我们还确定了24个大质量高红移星系，根据我们的模型，应该不能够主机SMBHB。重要的是，即使是这些候选者中的一个的GW检测也将是一个基本上永恒的多信使系统，并且从未检测中识别常见的假阳性信号将有助于过滤来自未来大规模调查（例如LSST）的数据。
2021-05-19 astro-ph.GA gr-qc
The Route to Unveil the Cosmic Genealogy of Supermassive Black Hole Binaries Using Nano-Hertz Gravitational Waves and Galaxy Surveys
本研究通过结合纳赫兹引力波背景及其各向异性与星系巡天的互相关分析，利用Fisher方法证明联合观测能显著约束超大质量黑洞双星的红移演化，为揭示其宇宙增长历史提供新途径。
2025-10-27 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Pulsar timing array signals induced by black hole binaries in relativistic eccentric orbits
非圆轨道上的单个超大质量黑洞双星可能是快速成熟的脉冲星定时阵列实验的纳赫兹引力波源。我们发展了一种精确有效的方法来计算脉冲星定时阵列信号，由于引力波从吸入相对论偏心轨道的超大质量黑洞双星。我们的方法采用开普勒型参数解模型的第三后牛顿精确进动偏心轨道，而一个新的半解析处方提供了模型的四极阶引力波发射的影响。这些输入导致一个半解析的处方来模拟这样的信号，引起的非自旋黑洞二进制沿任意偏心率轨道螺旋。此外，我们提供了一个完整的分析处方模型脉冲星定时阵列信号从黑洞二进制沿适度偏心轨道吸气，Boetzelet等人的影响。[Phys. Rev. D 96，044011（2017）]。这些方法正在被纳入企业和TEMPO 2搜索脉冲星定时阵列数据集中存在这样的二进制文件。
2020-02-26 astro-ph.GA gr-qc
Supermassive Black Hole Binaries: Environment and Galaxy Host Properties of PTA and eLISA sources
对于脉冲星定时阵列（PTA）和天基（SB）探测器来说，一旦超大质量黑洞（BH）双星达到<<1 pc的间隔，它们将构成最强的引力波（GW）源。虽然BH双星的合并构成了宇宙学标准模型和星系合并的自然结果，它们的动力学演化仍然知之甚少，因此它们在不同阶段的丰度。我们使用一个动力学模型的BH二进制的衰变加上宇宙学模拟和半经验的方法，以占领晕的星系和BH，为了遵循的性质分布的星系托管BH二进制候选人的演化衰变由于GWs的排放。我们的模型允许我们放松简化假设的双星在星系中的占领和他们的质量，以及红移的演变。继先前提出的电磁（EM）签名的二进制subpc政权，包括光谱特征和变化，我们可能的分布模型，这样的签名，也设置上限，其寿命。我们发现了一个双峰分布的主机属性，对应于BH二进制文件适合被检测到的PTA和检测的只有从空间任务，eLISA。虽然已经讨论过eLISA源的峰值可能发生在高z，但我们表明，在附近的宇宙中必须有一个这样的源的人口，可能会显示出可检测的EM签名，代表多信使天体物理学的重要实验室。我们发现了一个弱的依赖星系主机属性的双星占领，可以追溯到BH的起源。这里报告的主机相关性与预期的EM信号相结合，可能有助于验证附近GW候选者的存在，并将其与“常规”的活动星系核内在变异性区分开来。
2014-10-14 astro-ph.GA
A systematic search for close supermassive black hole binaries in the Catalina Real-Time Transient Survey
层次装配模型预测人口的超大质量黑洞（SMBH）的二进制文件。这些不能通过直接成像来分辨，但可以通过周期性变化（或纳赫兹频率的引力波）来检测。在我们检测到类星体PG 1302-102中的5.2年周期信号之后（Graham et al. 2015），我们使用卡特琳娜实时瞬态巡天（CRTS）的数据对243，500个已知光谱证实的类星体的光学变化进行了新的分析，以寻找接近（< 0.1 pc）的SMBH系统。寻找一个强大的开普勒周期信号，至少有1.5个周期超过9年的基线，我们找到了111个候选对象的样本。这是保守的协议，从二进制SMBH人口模型的理论预测。模拟数据集，假设随机变异，也没有产生等效的候选人，这意味着虚假检测的可能性低。所看到的周期性很可能是由于喷流进动，扭曲的吸积盘或周期性吸积与密切SMBH双星系统。我们还考虑如何在文献中出现的其他SMBH二进制候选人在CRTS数据，并表明，这些都是等同于所确定的对象。最后，发现的天体分布与预期的由引力波驱动的星群一致。这意味着环双星的气体存在于小的轨道半径处，并且受到黑洞的扰动。预计至少在下个世纪内，这些来源都不会合并。这项研究打开了一个新的独特的窗口，研究人口密切SMBH二进制必须存在根据我们目前的理解星系和SMBH演化。
2015-07-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
Dissecting the nanohertz gravitational wave sky: Frequency-correlated anisotropy induced by eccentric supermassive black hole binaries
Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰-比可卡大学）；INFN, Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰-比可卡分部）；INAF – Osservatorio Astronomico di Cagliari（意大利国家天体物理研究所卡利亚里天文台）；ASTRON, Netherlands Institute for Radio Astronomy（荷兰射电天文研究所）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；European Space Agency (ESA), European Space Research and Technology Centre (ESTEC)（欧洲空间局（ESA）欧洲空间研究与技术中心（ESTEC））
研究通过分析引力波功率在天空中的频率相关各向异性，揭示偏心超大质量黑洞双星的存在，突破偏心性和环境效应的谱退化问题。
2026-09-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
Kinematic signatures of reverberation mapping of close binaries of supermassive black holes in active galactic nuclei. II. Atlas of two-dimensional transfer functions
大多数大型星系的中心都有超大质量黑洞（SMBH），星系会合并。因此，双星SMBH在星系核中应该是常见的。然而，密切的二进制SMBH（CB-SMBHs）与sub-parsec分离不能直接使用现有的设施成像。一些间接的特征，如光变曲线中的周期信号和发射线轮廓中的双峰，已经被用来寻找CB-SMBH候选者，但仍然存在歧义，不能做出明确的结论。我们最近提出了一种新的方法，专注于运动学签名，可以从混响映射CB-SMBHs，一个提供了一个很有前途的途径来解决这个重要的问题。在本文中，我们计算了各种参数的模型，但两个BH的BLR接近，但仍然没有合并。本补充文件的目的是提供一个二维传递函数的CB-SMBH与广泛的轨道和几何参数的图集，以帮助更有效地识别混响映射数据中的CB-SMBH候选。
2019-12-30 astro-ph.GA
Modified evolution of stellar binaries from supermassive black hole binaries
银河系中心的主序星双星的演化受中心超大质量黑洞的影响很大。由于这种扰动，在稠密环境中的恒星很可能通过长期或非长期相互作用经历合并或碰撞。在这项工作中，我们研究了银河系中心的恒星双星的动力学，由另一个遥远的SMBH扰动。几何上，这样一个四体系统应该被分解成内三元组（SMBH-恒星-恒星）和外三元组（SMBH-恒星双星-SMBH）。我们调查的参数空间，并确定恒星合并和潮汐破裂事件（TDEs）的标准解析。对于距离相对较远且质量相等的SMBH双星，由于内三元组的Lidov-Kozai（LK）振荡，恒星有更多的合并机会。我们的数值实验表明，一个显着的一部分，约70%的双星，经验合并最终紧恒星双星的样本。而大多数恒星TDE可能发生在靠近SMBH的近地点，由外部Kozai效应引起。潮汐中断被发现的数值高达~ 10%的密切SMBH的二进制是增强显着比没有外部SMBH。这些效应要求外摄动轨道相对于内轨道平面倾斜（>=40度），并可能导致与探测SMBH双星相关的极端天文事件的爆发。
2017-01-17 astro-ph.GA
Host Galaxy Demographics Of Individually Detectable Supermassive Black-hole Binaries with Pulsar Timing Arrays
本研究基于Illustris模拟和半解析模型，分析了脉冲星计时阵列可探测超大质量黑洞双星的宿主星系特征，发现可探测系统宿主多为更亮、更红且金属丰度更高的大型椭圆星系，有助于制定后续电磁搜索策略。
2025-01-26 astro-ph.GA gr-qc
Constraining the coalescence rate of supermassive black-hole binaries using pulsar timing
脉冲星定时观测被用来限制超大质量黑洞（SMBH）双星的合并率作为质量和红移的函数。与其他技术的间接约束相反，脉冲星定时观测提供了对黑洞合并率的直接约束。这是可能的，因为脉冲星计时对这些源在演化的最后阶段发射的引力波（GW）很敏感。我们发现，从最近发表的帕克斯脉冲星定时阵列数据计算的上限是略高于理论预测的红移低于10。在未来，随着时间精度的提高和更长的数据跨度，我们表明，GWs的非检测将排除某些特定类别的SMBH二进制合并模型中的可用参数空间。我们还表明，如果我们可以定时一组的时间到10纳秒的定时精度，例如，使用拟议的平方公里阵列，它应该是可能的，以检测一个或多个单独的SMBH二进制系统。
2011-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Enhanced Population of Extreme Mass-Ratio Inspirals in the LISA Band from Supermassive Black Hole Binaries
本文研究超大质量黑洞双星系统中EMRI的高发生率，预测LISA在四年任务期内可探测到数百个信噪比≥8的事件，并指出阈值以下源形成的混淆噪声可用于约束低红移宇宙中SMBH双星比例。
2023-09-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Changing-look active galactic nuclei: close binaries of supermassive black holes in action
变貌活动星系核（CL-AGN）作为一种新的星系核亚群，其时间尺度与吸积盘模型之间存在着很大的矛盾，对活动星系核的一些基本物理性质提出了挑战。在这封信{ \textit{} }中，我们证明了极端的情况：具有高偏心率的超大质量黑洞（CB-SMBH）的近双星能够通过一个轨道触发CL跃迁。在这种情况下，双黑洞建立自己的迷你磁盘剥离气体的内边缘的环联盘在apastron阶段，之后，他们与磁盘潮汐相互作用在近星相有效地交换角动量在一个轨道周期。对于逆轨道旋转的迷你盘，潮汐扭矩迅速挤压迷你盘的潮汐部分到一个小得多的半径，这迅速导致更高的吸积和短耀斑之前的磁盘下降到2型活动星系核。逆旋转的迷你盘从双星获得角动量并向外旋转，这导致从类型1到类型2的快速关闭。开启发生在离星阶段。CB-SMBH控制周期之间的转换类型-1和类型-2的轨道周期，但允许不同的性质在CL-AGN光变曲线。
2020-10-19 astro-ph.GA
Prospects for observing supermassive black hole binaries with the space-ground interferometer
本研究基于光学光变与光谱数据筛选超大质量双黑洞候选体，构建人工神经网络估算240GHz辐射流量，检验候选体在Millimetron空间天文台的可观测性，得到17个候选体，为后续空地基干涉仪观测及星系形成理论研究提供支撑。
2023-10-09 astro-ph.GA
Black holes as telescopes: Discovering supermassive binaries through quasi-periodic lensed starlight
University of Oxford（牛津大学）；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））
通过准周期性偏折恒星光发现超大质量双星，揭示其轨道演化及引力波检测预警。
2026-01-27 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
