Impact of a Spinning Supermassive Black Hole on the Orbit and Gravitational Waves of a Nearby Compact Binary
最近的理论研究表明，恒星质量的双星黑洞（BBH）将更有效地合并由于Kozai-Lidov机制，如果这些双星形成在附近的超大质量黑洞（SMBH）。由于SMBH可能旋转迅速，我们继续我们早期的研究推广的Kozai-Lidov形式主义，包括自旋的SMBH和研究附近的BBH的演变。我们发现，偏心率和轨道倾角的BBH显着的影响，因为自旋（i）迫使轨道平面的质量中心的BBH周围的SMBH进动（透镜-Thirring效应）和（ii）施加额外的重力磁场力的BBH。因此，BBH的合并时间可能会有很大的不同。我们计算的波形从BBH在一个有代表性的例子，并研究其可探测性的毫赫兹GW探测器，如激光干涉空间天线（LISA）。我们发现，在没有自旋的情况下的信号是可区分的。我们的研究结果表明，在LISA带的BBHs可能被用来探测星系中心的SMBHs的自旋。
2019-08-05 astro-ph.HE gr-qc
Circularization of Tidally Disrupted Stars around Spinning Supermassive Black Holes
本文采用后牛顿修正的三维光滑粒子流体动力学模拟方法研究了自旋超大质量黑洞束缚轨道上潮汐扰动星的圆化。我们的模拟表明，碎片圆化敏感地依赖于辐射冷却的效率。如果辐射冷却效率低，碎片循环有两个阶段：第一，恒星碎片流由于相对论性拱点进动而自相交;相交点处的激波使轨道能量热化，碎片在黑洞周围形成几何上厚的环状结构。环通过粘性扩散迅速扩展，导致形成几何厚度的吸积盘。相比之下，如果辐射冷却是有效的，恒星碎片由于自相交激波而形成圆形，并形成几何上薄的环状结构。在这种情况下，耗散的能量可以在碎片圆化过程中发射，作为随后的潮汐破裂耀斑的前兆。对于一颗1兆太阳质量的恒星绕着一个10^6兆太阳质量的黑洞旋转，其辐射能量可能达到~2*10^{52}尔格。我们还发现，一个逆行（反时针）的黑洞自旋的冲击引起的圆化时间尺度短（长）比一个非旋转的黑洞在两种冷却情况下。在辐射有效冷却的情况下，圆化时间尺度非常长，并且对黑洞自旋也很敏感。具体而言，Lense-Thirring扭矩引起动态重要的节点进动，这大大延迟了碎片的循环。另一方面，在辐射效率低的情况下，节点进动太慢而不能产生可观察的签名。我们还讨论了我们的模拟和抛物线的TDEs，大多数恒星潮汐中断的特点之间的关系。
2016-09-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Maximally accreting supermassive stars: a fundamental limit imposed by hydrostatic equilibrium
富含气体的星系的大合并提供了通过直接坍缩形成超大质量黑洞（SMBHs; $\gtrsim10^5$ M $_\odot$）的有利条件，因为它们可以在亚秒差距尺度上触发高达$10^4-10^5$ M $_\odot$ yr $^{-1}$的质量流入。然而，在这种情况下，SMBH形成的通道，无论是暗坍缩（直接坍缩没有事先恒星阶段）或超大质量恒星（SMS; $\gtrsim10^4$ M $_\odot$），仍然未知。在这里，我们调查吸积率的限制，恒星可以保持流体静力平衡。我们计算流体静力学模型的SMSs吸积在$1-1000$ M $_\odot$ yr $^{-1}$，并估计偏离平衡的后验考虑到有限的声速。我们发现吸积超过原子冷却极限（$\gtrsim10$ M $_\odot$ yr $^{-1}$）的恒星只有在超大质量时才能维持流体静力平衡。在这种情况下，它们以一种向液性结构演化，也就是说，熵是局部守恒的，并且与质量坐标的平方根成比例。我们的结果意味着恒星只有在原子冷却晕的速率下（$\sim0.1-10$ M $_\odot$ yr $^{-1}$）通过吸积才能变成超大质量。一旦它们是超大质量的，更大的速率是可能的。
2019-12-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Slowly decaying ringdown of a rapidly spinning black hole II: Inferring the masses and spins of supermassive black holes with LISA
本研究预估LISA探测极端质量比并合时，快速自旋超大质量黑洞的质量与自旋测量误差，表明高角向模式激发可提高精度，近极端情形下误差分别约1%和0.1%。
2024-03-19 astro-ph.HE gr-qc
Maximally Rotating Supermassive Stars at the Onset of Collapse: The Perturbative Effects of Gas Pressure, Magnetic Fields, Dark Matter and Dark Energy
在宇宙学红移越来越大的类星体的发现可能有利于“直接坍缩”作为最有希望的形成超大质量黑洞的演化路线。在这种情况下，超大质量黑洞形成时，它们的祖先-超大质量恒星-变得不稳定的引力坍缩。对于由纯辐射压力支撑的、在质量脱落极限下旋转的均匀旋转恒星，坍缩开始时的临界位形由无量纲自旋和半径参数$J/M^2$和$R/M$的普适值表征，与质量$M$无关。我们考虑气体压力，磁场，暗物质和暗能量对这些参数的微扰效应，从而确定这种普遍性的有效性域。我们得到的关键参数的领导阶修正，并建立其标度与相关的物理参数。我们比较了两种不同的方法来近似气体压力的影响，这起着最重要的作用，找到相同的结果，上述无量纲参数，也发现与最近的数值结果很好的协议。
2018-07-26 astro-ph.CO 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
The merger of spinning, accreting supermassive black hole binaries
Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）
研究通过数值模拟揭示了自旋并合吸积超大质量黑洞双星在并合过程中的多信使辐射特性，发现热光子与喷流辐射在时间上的关联性及并合后光变曲线特征。
2025-12-03 astro-ph.HE gr-qc physics.comp-ph
Maximally Rotating Supermassive Stars at the Onset of Collapse: Effects of Gas Pressure
“直接坍缩”方案已经成为宇宙早期形成超大质量黑洞的一个有希望的演化轨道。在这种情况的理想化版本中，一颗以质量脱落（开普勒）极限旋转的均匀旋转的超大质量恒星在达到临界构型后会发生引力坍缩。在假设气体由辐射压力支配的情况下，这种临界构型的特征在于无量纲参数$J/M^2$和$R_p/M$的唯一值，其中$J$是角动量，$R_p$是极半径，$M$是质量。出于以前的微扰处理，我们采用了一个完全非线性的方法来评估气体压力对这些无量纲参数的影响范围很大的质量。我们发现，气体压力有一个显着的影响的临界配置，即使是大的恒星质量为$M \simeq 10^6 M_{\odot}$。我们还校准了两个近似处理的气体压力扰动的精确治疗的比较，并发现，一个常用的近似，特别是在增加的偏差，从精确治疗的质量减少，气体压力的影响增加。然而，另一种近似证明对所有质量$M \gtrsim 10^4 M_{\odot}$都是相当稳健的。
2019-07-12 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
A relativistic treatment of accretion disk torques on extreme mass-ratio inspirals around non-spinning black holes
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Princeton University（普林斯顿大学）
该研究通过相对论方法分析了超大质量黑洞周围极端质量比 inspirals 的 accretion 盘扭矩，揭示了相对论修正对扭矩大小和方向的影响。
2026-02-15 astro-ph.HE gr-qc
Tidal Disruption Event Disks around Supermassive Black Holes: Disk Warp and Inclination Evolution
恒星围绕超大质量黑洞发生潮汐破裂事件后，束缚的恒星碎片迅速形成一个吸积盘。如果吸积盘与旋转的SMBH的赤道面不对齐，吸积盘将被驱动进入围绕SMBH的旋转轴的Lense-Thirring进动，可能影响TDE的光变曲线。我们进行了这样的磁盘的本征模分析，以了解磁盘的翘曲结构，进动和倾角演变的磁盘和SMBH的属性的影响。我们发现一个振荡翘曲可能会发展作为一个结果，强非开普勒运动附近的SMBH。全球磁盘的进动频率匹配的透镜-Thirring进动频率的刚性磁盘旋转黑洞周围的磁盘的吸积率高时，在几个因素，但在低吸积率显着偏离。粘性在几天到几年的时间尺度内将盘与SMBH的赤道平面对齐，这取决于盘的吸积速率，粘性和SMBH的质量。我们还研究了回退材料对TDE盘的翘曲演化的影响，发现回退扭矩使TDE盘与SMBH的赤道平面在几天到几十天内对齐。我们的研究结果的TDE排放依赖于不断变化的磁盘方向的视线来解释观测模型的限制。
2019-06-11 astro-ph.HE
Numerical-relativity simulation for tidal disruption of white dwarfs by a supermassive black hole
本文在全广义相对论框架下数值模拟了超大质量黑洞对白矮星的潮汐撕裂，证实典型白矮星在特定质量黑洞的临界束缚轨道附近会被撕裂。
2023-04-03 astro-ph.HE gr-qc
The Powers of Relativistic Jets depend on the Spin of Accreting Supermassive Black Hole
理论模型表明，活动星系核的相对论喷流的功率取决于中心超大质量黑洞的自旋和质量，以及吸积。在这里，我们报告一个样本的耀变体的档案观测分析。我们发现喷流动力学功率和超大质量黑洞的自旋之间存在显著的相关性。同时，我们利用多元线性回归分析了喷流动能与吸积、自旋和黑洞质量之间的关系。我们发现，超大质量黑洞的自旋和吸积是对喷注动能的最重要贡献。超大质量黑洞的自旋和吸积的贡献率均大于95%。这些结果表明，超大质量黑洞的自旋能量为相对论喷流提供动力。几乎所有费米耀变体的喷流产生效率都可以用围绕在快速旋转的黑洞周围的中等厚度的磁制动吸积盘来解释。
2021-04-09 astro-ph.HE
A spinning supermassive black hole binary model consistent with VLBI observations of the S5 1928+738 jet
甚长基线干涉测量（VLBI）可以对相对论性喷流进行高分辨率和高灵敏度的观测，这可以揭示其结构中几年的周期性。我们进行了分析的长期VLBI数据的类星体S5 1928+738的螺旋结构投影到天空的平面上的几何模型。我们通过射流轴线的倾角和位置角来监测射流轴线的方向。我们将S5 1928+738喷流内部2毫角秒倾角的变化分解为振幅约为0.89度的周期项和以约0.05度/年的速率线性减小的趋势。我们还将位置角的变化分解为振幅为~3.39度的周期项和以~0.24度/年的速率线性增加的趋势。我们解释的周期性成分所产生的轨道运动的一个双黑洞在喷流底部的吸气和推导出的质量比和分离的校正值从累积的18年的VLBI数据。然后，我们确定的线性趋势的变化，由于缓慢的重新取向的喷流发射器黑洞的自旋引起的自旋-轨道进动，我们确定的进动周期T_SO=4852+/-646年11月的更大质量的黑洞，作为喷流发射器。我们的研究提供了迹象，首次从VLBI喷流运动学，喷流发射黑洞的旋转性质。
2014-09-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic Signatures from Supermassive Binary Black Holes Approaching Merger
我们提出完全相对论性的预测电磁辐射产生的吸积盘周围的旋转和非旋转的超大质量的二进制黑洞合并的边缘。我们使用代码Bothros后处理数据从三维广义相对论磁流体动力学模拟通过射线追踪计算。这些模拟对环联星盘和迷你盘的动力学进行了建模，这些迷你盘围绕两个质量相等的黑洞以20个引力半径的初始间距绕着彼此运行，并使系统在螺旋区域中演化超过10个轨道。我们模型的排放量的总和的热黑体辐射的光学厚吸积盘和幂律谱延伸到硬X射线发射的热光学薄日冕。我们产生的随时间变化的光谱，图像和光变曲线在不同的频率调查固有的周期性信号的排放，以及黑洞自旋的影响。我们发现，由于较小的最内层稳定圆轨道角动量需要更多的耗散之前，物质暴跌到地平线上的黑洞自旋使迷你磁盘更明亮。然而，与具有旋转黑洞的较大分离双星中的迷你盘相比，我们的迷你盘不那么明亮：与那些系统不同，它们的质量吸积率低于环双星盘，并且它们的辐射效率较低，因为它们的流入时间较短。与质量和吸积率匹配的单个黑洞系统相比，这些双星在紫外线下的光谱明显较弱且较软。最后，我们讨论了这些系统的潜在的可观测性，我们的研究结果的影响。
2022-04-15 astro-ph.HE
Binary Mergers near a Supermassive Black Hole: Relativistic Effects in Triples
研究了在等级三元系统中自旋超大质量黑洞对并合黑洞双星的轨道和自旋演化的广义相对论效应。一个足够倾斜的外轨道可以激发BHB的Lidov-Kozai偏心率振荡，并导致其合并。这些GR效应在BHB轨道和自旋上产生额外的进动，显着增加了合并的倾斜窗口，并在BHB进入LIGO波段时产生广泛的自旋取向。这种“GR增强”通道可能在BHB合并中发挥重要作用。
2019-09-06 astro-ph.HE gr-qc
Lense-Thirring precession around supermassive black holes during tidal disruption events
当一颗恒星漫游到足够接近黑洞的地方，被它的潮汐力扰乱时，就会发生潮汐破坏事件（TDE）。潮汐破裂恒星的碎片预计将在超大质量黑洞周围形成一个吸积盘。这些事件的光变曲线有时显示出准周期性的通量调制，这可能与由于透镜-瑟林（“框架拖曳”）效应而导致的吸积盘的进动有关。由于恒星的初始轨道通常相对于黑洞的旋转是倾斜的，这种不对准加上透镜-瑟林效应导致了圆盘的扭曲。在本文中，我们提供了一个简单的系统模型，该系统由围绕旋转的超大质量黑洞的厚而窄的吸积盘组成，目的是：（a）计算作为系统参数的函数的预期进动周期，（b）讨论为了具有刚性进动而必须满足的条件，（c）研究对准过程，突出了不同的机制如何发挥作用，导致光盘和黑洞角动量对齐。
2015-10-16 astro-ph.HE
Circumbinary Disk Accretion into Spinning Black Hole Binaries
超大质量黑洞双星很可能通过环双星盘吸积星际气体。在合并前不久，环双星盘的内部受到广义相对论效应的影响。为了研究这一制度，我们近似的时空度规的近轨道黑洞叠加两个提升克尔-Schild条款。在证明了这种近似的质量后，我们对环双星盘进行了长期的广义相对论磁流体动力学模拟。我们考虑自旋无量纲参数为0.9的黑洞，在一个模拟平行的轨道角动量的二进制，但在另一个反平行。这些与无自旋模拟形成对比。我们发现，对于一个固定的表面质量密度在内部circumbinary磁盘，对齐的自旋这个幅度大约减少了14%的质量吸积率和反对齐的自旋增加了45%，留下许多其他磁盘属性不变。
2021-05-11 astro-ph.HE
Signatures of a spinning supermassive black hole binary on the mas-scale jet of the quasar S5 1928+738 based on 25 years of VLBI data
利用跨越25年、共72个历元的15 GHz VLBA观测，研究类星体S5 1928+738喷流的周期与单调进动，通过增强模型约束黑洞双星质量比并将自旋进动速度误差减半。
2023-10-04 astro-ph.HE gr-qc
Over-spinning a black hole with a test body
人们早就知道，一个最大限度地旋转的黑洞不可能通过在一个测试体中的抛掷而过度旋转。在这里，我们表明，如果相反的黑洞开始低于最大自旋，那么确实可以实现过度自旋时，添加轨道或自旋角动量。试验结果表明，该方法能够满足试验体尺寸和内部结构的要求。我们的分析忽略了辐射和自作用力的影响，这可能会防止过度旋转。
2009-12-01 astro-ph.HE gr-qc hep-th
ASASSN-15lh: a TDE about a maximally rotating $10^9 M_{\odot}$ black hole
我们在九个不同的频率，从红外到紫外光子能量，作为一个不断发展的相对论光盘产生的潮汐破坏事件后，我们的光变曲线的新颖和非常明亮的瞬态ASASSN-15 lh。当$M_{\rm acc} \simeq 0.07 M_{\odot}$被吸积到质量为$M \simeq 10^9 M_{\odot}$的黑洞上，并且接近最大旋转$a/r_g = 0.99$时，同时获得了与所有九条光变曲线的良好拟合。最佳拟合的黑洞质量与一些现有的星系尺度关系的估计是一致的。如果得到证实，我们的结果代表了迄今为止最大质量快速旋转的黑洞之一的检测，并且是ASASSN-15 lh TDE起源的强有力证据。这将是第一个在光盘占主导地位的状态下观察到的TDE在光学和红外频率。
2020-06-01 astro-ph.HE
Relativistic Roche problem for stars in precessing orbits around a spinning black hole
本文利用张量维里方程研究绕克尔黑洞倾斜进动轨道上的恒星，发现其在典型天体物理参数下可能发生共振，从而揭示潮汐瓦解极限之前存在一种新的不稳定性。
2024-07-04 astro-ph.HE gr-qc
Formation and Coalescence of Cosmological Supermassive Black Hole Binaries in Supermassive Star Collapse
我们研究可能在早期宇宙中形成的快速旋转的超大质量恒星的坍缩。通过使用三维广义相对论流体动力学和完全动态时空演化自洽地模拟坍缩开始的动力学过程，我们证明了祖先中的种子扰动可以导致两个高自旋超大质量黑洞系统的形成，在强烈的引力辐射的辐射下，它们螺旋式地旋转并合并，10与DECIGO或大爆炸观测引力波天文台，假设超大质量恒星的质量范围在10^4-10^6 Msol。残余物以无量纲自旋a^*=0.9快速旋转。周围的吸积盘包含约10%的初始质量。
2013-09-20 astro-ph.CO 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
Tidal heating as a discriminator for horizons in extreme mass ratio inspirals
经典黑洞的定义性特征是它是一个完美的吸收体。任何表明其他情况的证据都将表明与标准黑洞图片的背离。黑洞视界对能量和角动量的吸收是双星潮汐加热的原因。这种效应在围绕旋转超大质量物体的极端质量比螺旋的最后阶段特别重要，这是未来LISA任务的主要目标之一。我们研究了这种效应如何可以用来探测超大质量物体的性质在一个模型独立的方式。我们计算了轨道退相和引力波信号发射的点粒子在圆周，赤道运动围绕旋转的超大质量物体的质量比领先的顺序。中心物体吸收的缺失会显著影响引力波信号，特别是在高自旋时。这种效应将使我们有可能在${\cal O}(0.01)\%$的水平上，对外来致密天体的反射率设定一个无与伦比的上限。这个严格的界限将排除在超大质量双星合并的振铃中观察到回声的可能性。
2020-01-14 astro-ph.HE gr-qc
Habitable zones around almost extremely spinning black holes (black sun revisited)
我们分析了假设的系外行星在非常低的开普勒圆形轨道上的热力学，这些轨道靠近快速旋转的超大质量黑洞。这样的黑洞系外行星被强烈的蓝移和聚焦通量的传入宇宙微波背景（CMB）加热，并被包含黑洞阴影的局部天空的冷部分冷却。这就产生了温差，这可能会导致居住在黑洞系外行星上的假设生命形式远离热力学平衡的过程，类似于行星被母恒星的辐射加热而被夜空冷却的情况。我们发现，对于很低的开普勒圆轨道的半径范围很窄，非常高的自旋的超大质量黑洞，黑洞系外行星的温度制度对应于标准恒星周围的宜居带。因此，黑洞系外行星的热力学原理并不排除基于已知生物学的生命的存在。加热系外行星的CMB的多黑体光谱轮廓的峰值位于紫外波段，但很大一部分通量也在可见光和红外波段。在宜居带内运行的类地系外行星，要确保其能抵抗潮汐扰动，黑洞的最小质量估计为$1.63 \cdot 10^8 \, m_{\odot}$。
2020-01-29 astro-ph.EP 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
Winds and feedback from supermassive black holes accreting at low rates: Hydrodynamical treatment
由超大质量黑洞（SMBH）产生的外流可以在其宿主星系中产生重要的反馈效应。一个尚未解决的问题是来自低光度活动星系核（LLAGN）中低速吸积的SMBH风的性质和特性。我们进行了二维数值，流体动力学模拟的辐射低效吸积流到非旋转黑洞。我们探讨了多样性的初始条件的旋转曲线和粘性剪切应力处方，并发展了我们的模型非常长的持续时间高达$8 \times 10^5 GM/c^3$。我们的模型产生了强大的亚相对论，热驱动风起源于距离$10-100 GM/c^2$从SMBH的吸积流的日冕。风的速度达到$0.01 c$，动能相当于大距离流入气体的静止质量能量的0.1-1%，与活动星系核反馈的“无线电模式”模型吻合得很好。我们模拟的流出物的性质与对LLAGN所在的静止星系中的风的观测结果基本一致，LLAGN能够加热周围的气体并抑制恒星的形成。
2020-01-28 astro-ph.HE
Slowly Decaying Ringdown of a Rapidly Spinning Black Hole: Probing the No-Hair Theorem by Small Mass-Ratio Mergers with LISA
本文通过计算小质量比并合产生的引力波信号，研究LISA对快速旋转超大质量黑洞铃宕中多个准正规模式的可测量性，证明其有利于探测叠加模式和检验无毛定理。
2023-11-30 astro-ph.HE gr-qc
Extreme mass-ratio inspirals around a spinning horizonless compact object
本文研究了围绕自旋无视界致密天体的极端质量比旋近，通过求解Teukolsky方程计算引力波信号，发现无视界结构会显著影响引力波相位，EMRIs可对天体反射率施加严格约束，为量子黑洞视界模型提供检验。
2021-11-10 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Is the black hole in GX 339-4 really spinning rapidly?
对2007年2月在甚高态期间获得的黑洞双星GX 339-4的宽带朱雀光谱进行了重新分析。仔细考虑了事件堆积（在图像中心的~ 3'内显著）和XIS数据的遥测饱和的影响。该源的能量可达300千电子伏，在8千秒差距时，0.5- 200千电子伏的未吸收光度为3.8 × 10^{38}尔格/秒。光谱可以近似为光子指数为2.7的幂律，有一个温和的软过剩和一个硬X射线驼峰。当使用图像中心2'以外的XIS数据时，Fe-K线看起来非常宽，这表明Miller等人（2008年）已经根据朱雀数据和其他CCD数据报道了高黑洞自旋。当XIS数据累积进一步限制在>3'以避免事件堆积时，Fe-K轮廓变得更窄，并且出现稍微更好的解决方案，该解决方案表明内部盘半径为引力半径的5-14倍（1-sigma），尽管在90%的置信水平下数据仍然允许最大旋转的黑洞。同时，光学厚度的吸积盘被推断为在5-32倍引力半径处被截断。因此，朱雀的数据允许另一种解释，而不是引用一个快速旋转的黑洞。先前在高/软状态下测量的盘半径进一步支持该推断。
2009-11-12 astro-ph.HE
Multi-messenger Probes of Supermassive Black Hole Spin Evolution
本文使用半解析模型 Serotina 结合广义相对论磁流体动力学结果，研究超大质量黑洞的宇宙学自旋演化，发现观测数据支持喷流驱动自旋减速与相干吸积模型，并预测了未来 ngEHT、BHEX 和 LISA 的多信使观测将揭示黑洞自旋分布及播种路径特征。
2024-10-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
GRRMHD Simulations of MAD Accretion Disks Declining from Super-Eddington to Sub-Eddington Accretion Rates
利用广义相对论辐射磁流体动力学（GRRMHD）方法对非自旋（$a_*=0$）和自旋（$a_*=0.9$）超大质量黑洞周围的磁制动盘（MAD）进行了模拟。在每个模拟中，质量吸积率随着时间的推移而降低，这样我们就可以在$3 \gtrsim \dot{M}/\dot{M}_{\rm{Edd}}\gtrsim 0.3$范围内对爱丁顿标度率进行采样。对于非自旋BH模型，总效率和辐射效率随着吸积率的降低而增加，分别在$η_{\rm{tot}}\sim9-16\%$和$η_{\rm{rad}}\sim6-12\%$范围内变化。这个模型显示喷流活动很少。相比之下，自旋BH模型具有由从BH提取的自旋能量提供动力的强相对论性喷流。喷流功率随吸积率的增大而减小，总效率和辐射效率分别为$η_{\rm{jet}}\sim 18-39\%$和$η_{\rm{rad}}\sim 45-79\%$。我们证实，轻度亚爱丁顿磁盘可以提取大量的权力，从一个旋转BH，只要他们在MAD状态。在次爱丁顿演化过程中，$100\, GM/c^2$的射流剖面大致呈抛物线状，幂律指数为$k\approx0.43-0.53$。这两个模型显示出显着的变化，在传出的辐射，这可能是与事件的磁通量爆发。的$a_*=0.9$模型显示半定期的变化与$\sim2000\, GM/c^3$的最终$\sim10,000\, GM/c^3$的模拟，这表明…
2022-09-24 astro-ph.HE
Evolution of MHD Torus and Mass Outflow Around Spinning AGN
本文通过二维MHD模拟研究了旋转AGN周围吸积流，发现MRI湍流使角动量趋近Keplerian分布，磁场增强显著提升质量外流率且呈正相关，但黑洞自旋对质量外流无显著影响。
2023-10-24 astro-ph.HE
Supermassive Black Holes: modelling strongly and weakly magnetised misaligned accretion disks
Jeremiah Horrocks Institute, University of Lancashire（兰开夏大学杰里迈亚·霍罗克斯研究所）；Black Hole Initiative at Harvard University（哈佛大学黑洞倡议）
通过GRMHD模拟研究不同初始错位角和磁场配置下的吸积盘，发现磁抑制盘（MAD）状态可使盘在极端错位下与黑洞对齐，而弱磁场盘保持错位且最大倾斜角约50°。
2026-05-26 astro-ph.HE
Collisionless Accretion of Finite-Angular-Momentum Plasma onto a Spinning Black Hole
Washington University in St. Louis（华盛顿大学）
研究通过动能模拟展示了有限角动量等离子体对旋转黑洞的吸积过程，发现其行为与理想MHD的磁性冻结盘相似，并揭示了喷流形成可能需要配对放电。
2026-10-09 astro-ph.HE
Galactic nuclei evolution with spinning black holes: method and implementation
位于星系核中心的超大质量黑洞，在宇宙时间里，大多数都是通过气体吸积而增加质量的。这个过程也改变了黑洞的角动量（或自旋），包括大小和方向。尽管在星系形成模拟中经常被忽略，自旋在调节吸积功率，驱动喷流反馈和确定合并黑洞双星的反冲速度方面起着至关重要的作用。我们提出了一个新的吸积模型的移动网格代码{ \sc arepo}，其中包括（i）通过薄$α$盘的质量吸积，和（ii）通过Bardeen-Petterson效应的自旋演化。我们使用一套不同的理想化模拟来探索自旋演化和大尺度环境之间的物理联系。我们发现质量为$_{\odot}$的$\lesssim 10^{7}$ M的黑洞与吸积盘快速对齐。这有利于延长阶段的自旋，和自旋方向的演变，根据气体流入的时间尺度短如$\lesssim 100$ MYR，这可能解释观测到的喷流方向分布在塞弗特星系。更重的黑洞（$\gtrsim 10^{8}$ M $_{\odot}$）反而对局部气体运动学更敏感。在这里，我们发现一个更广泛的分布在自旋幅度：自旋上升是有利的，如果气体流入保持一个优先的方向，和自旋下降发生近各向同性的infall，而自旋方向不会改变很大的短时间尺度$\sim 100$ MYR。因此，我们得出结论，质量为$\gtrsim 5 \times 10^{8}$ M $_{\odot}$的超大质量黑洞可能是理想的测试平台，以确定在宇宙时间的黑洞燃…
2018-04-05 astro-ph.GA astro-ph.HE
GRRMHD Simulations of Tidal Disruption Event Accretion Disks around Supermassive Black Holes: Jet Formation, Spectra, and Detectability
利用广义相对论辐射MHD（GRRMHD）模拟了由潮汐扰动事件（TDE）形成的超爱丁顿黑洞（BH）吸积盘。我们考虑基准的情况下，太阳质量的恒星在一个温和的穿透轨道被一个超大质量BH的质量$10^6 \, M_\odot$破坏，并考虑峰值回落率的时代。我们对模拟数据进行后处理以计算视角相关光谱。我们进行了一个参数的研究作为BH自旋和磁通量的函数的吸积盘的动力学，并计算模型光谱作为观察者的视角的函数。我们还考虑基于模型光谱的检测限。我们发现，一个吸积盘与一个相对较弱的磁场周围的BH（所谓的SANE制度的吸积）不发射相对论性喷流，无论BH是旋转。这种模式合理地再现了非喷流TDE的几个观测特性。对于具有强磁场（MAD区域）的非旋转BH也是如此。我们的一个模拟有一个快速旋转的BH（自旋参数0.9）以及一个MAD吸积盘。这个模型发射了一个强大的相对论性喷流，它是由BH自旋能量驱动的。它令人惊讶地再现了喷射的TDE Swift J1644+57的高能量发射和喷射结构。因此，喷射TDE可能对应于具有快速旋转BH和MAD吸积的TDE系统的子集。
2018-11-16 astro-ph.HE
A Rapidly Spinning Black Hole Powers the Einstein Cross
过去20年的观测揭示了位于星系中心的超大质量黑洞（SMBH）的性质与宿主星系本身之间的密切关系。黑洞自旋的大小将在决定这种关系的性质方面发挥关键作用。到目前为止，对黑洞自旋的直接估计仅限于局部宇宙。在这里，我们提出的$\sim$ 0.5兆的档案钱德拉观测引力透镜类星体Q 2237+305（又名“爱因斯坦十字”），位于红移z = 1.695的分析结果。引力透镜提供的通量增强首次允许对如此高红移的黑洞的自旋进行约束。利用最先进的相对论磁盘反射模型，黑洞被发现有一个旋转的$a_* = 0.74^{+0.06}_{-0.03}$在90%的置信水平。在自旋上设置一个下限，我们发现$a_* \geq 0.65$（4 $σ$）。Q 2237+305中$\rm \sim 10^9~M_{\odot}$黑洞的高自旋值进一步支持了黑洞生长的相干吸积情景。这是迄今为止自旋被直接限制的最远的黑洞。
2014-08-08 astro-ph.HE
Gravitational Waves from Disks Around Spinning Black Holes: Simulations in Full General Relativity
我们提出了完全广义相对论数值演化的自引力环面周围的旋转黑洞与无量纲自旋$a/M = 0.7$平行或反平行的磁盘角动量。最初的磁盘是不稳定的流体动力学Papaloizou-Pringle不稳定性，导致他们成长持久的轨道物质团块。评估了黑洞自旋对不稳定性增长和饱和的影响。我们发现，不稳定性的行为类似于以前的模拟与非自旋黑洞，由于自旋引起的磁盘轨道周期的变化，在频率上的偏移。这些系统产生了大量的引力波，我们分析了当前和未来的引力波观测站在大质量范围内的可探测性。我们发现，$10 M_\odot$系统-相关的黑洞-中子星合并-是可探测的宇宙探测器到$\sim300$ Mpc，而DECIGO（LISA）将能够检测系统的$1000 M_\odot$（$10^5M_\odot$）-相关的磁盘形成的坍缩超大质量恒星-宇宙学红移的$z\sim5$（$z\sim 1$）。计算这些系统的吸积率，我们发现，这些系统也可能是符合电磁信号的有前途的来源。
2020-11-08 astro-ph.HE gr-qc
Estimating the size of X-ray lamppost coronae in active galactic nuclei
我们报告的活动星系核的X射线冠的大小在灯柱几何的估计。在这种普遍采用的方案中，为了简单起见，日冕被假定为位于吸积盘轴上的点状X射线源。然而，日冕必须拦截来自盘的与观察到的X射线通量一致的许多光学/UV种子光子，这限制了其尺寸。我们采用了最初由Dovčiak & Done（2016）开发的相对论射线追踪代码，该代码计算了由标准薄圆盘照明的康普顿化灯柱电晕的大小。我们假设圆盘向下延伸到非自旋或最大自旋黑洞的最内层稳定圆形轨道。我们将这种方法应用到一个样本的20个塞弗特1星系，同时使用光学/UV和X射线档案数据从XMM-牛顿。至少对于在爱丁顿极限以下吸积的源，我们发现康普顿化灯柱日冕通常可以存在，但是其大小和在黑洞的事件视界以上的高度取决于自旋。对于最大自旋的黑洞，几乎总是可以在任何高度找到解，而对于非自旋的黑洞，高度通常必须高于5个引力半径。这是因为，对于一个给定的光度，更高的自旋意味着更多的种子光子照亮日冕，由于更大和更热的内盘区域。最大自旋解是有利的，因为它预测的X射线光子指数与观测结果更吻合。
2020-10-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
Tidal disruption events: the role of stellar spin
来自超大质量黑洞的潮汐力可以撕裂经过足够近的恒星，这就是所谓的潮汐破坏事件。通常情况下，被摧毁的恒星的一半仍然与黑洞结合，并落回高度偏心的轨道，形成一个吸积流，为明亮的耀斑提供动力。在本文中，我们使用解析和数值计算来探讨恒星旋转对物质回落率的影响。我们发现，缓慢旋转的恒星（$Ω_* \lesssim 0.01 Ω_{\rm{breakup}}$）只提供了一个小的扰动，在非旋转的情况下发现的回退率。然而，当恒星旋转得更快时，可能会产生显著的影响。如果恒星相对于其轨道逆行旋转，来自黑洞的潮汐力必须在破坏恒星之前首先使其旋转，导致延迟的，有时只是部分破坏事件。然而，如果恒星是旋转的，这与潮汐力一起起作用，物质会更快地以更高的峰值速率回落。我们研究的幂律指数的回落曲线，发现在所有情况下的回落率超过典型的$t^{-5/3}$率短暂的峰值后，过冲的深度依赖于恒星的自旋。我们还发现，在一般情况下，晚的时间演化比典型的$t^{-5/3}$率略平坦。因此，我们的结论是，考虑到恒星的自旋可能是重要的建模观测TDE光变曲线。
2019-01-11 astro-ph.HE
Stringent constraints on the light boson model with supermassive black hole spin measurements
大质量玻色子，如光标量和矢量玻色子，可以通过超辐射效应从快速旋转的黑洞中有效地提取能量和角动量，从而导致旋转黑洞的不稳定性。这个过程导致黑洞的自旋下降，并在它们周围形成玻色子云。在这项工作中，我们使用的质量和自旋的超大质量黑洞测量的紫外/光学或X射线观测来约束模型参数的轻玻色子。我们发现从$10^{-22}$ eV到$10^{-17}$ eV的轻玻色子的质量范围在很大程度上可以被一组超大质量黑洞（也包括质量极大的OJ 287、Ton 618和SDSS J140821.67+025733.2）排除，特别是对于矢量玻色子方案，它消除了一大部分所谓的模糊暗物质参数区域。对于具有自相互作用的标量玻色子，从$\sim 3 \times 10^{-19}$ eV到$10^{-17}$ eV的大部分质量范围以及衰减常数为$f_a > 10^{15}$ GeV的部分可以被排除，这令人信服地消除了这些质量的QCD轴子。
2020-11-02 astro-ph.HE hep-ph
Energy Extraction from Spinning Stringy Black Holes
本文首次对弦论Kerr-Sen时空黑洞进行磁化等离子体数值模拟，验证BZ机制在替代引力理论中仍有效，并发现非旋转弦论黑洞可通过吸积释放引力势能产生比史瓦西黑洞强约250%的外流，且其近极端非Kerr黑洞可被视界尺度干涉图像排除。
2023-10-30 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Black Holes are neither Particle Accelerators nor Dark Matter Probes
有人认为，最大限度地旋转的黑洞可以作为粒子加速器，达到任意高的质心能量。尽管有几个反对意见的实际可行性，这样高的能量，和演示过去和现在，这样大的能量永远无法达到一个遥远的观察者，在这个问题上的兴趣仍然是巨大的。我们表明，不幸的是，一个最大旋转的黑洞永远不能作为一个探头的高能碰撞，即使在原则上，尽管原来的发散能量计算的正确性。黑洞确实可以促进暗物质的湮灭，但最具能量的光子只能携带比暗物质粒子的剩余能量多一点的能量到远处的观察者，而这些光子实际上是在相对远离黑洞的地方产生的，那里的相对论效应可以忽略不计。因此，任何强大的引力势都可以同样好地探测暗物质，而呼吁黑洞促进这种碰撞是不必要的。
2012-12-06 astro-ph.HE gr-qc math-ph
Waveforms and Fluxes of Generic Extreme-Mass-Ratio Inspirals with a Spinning Secondary
State Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海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）；School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（中国科学院大学杭州高等研究院基础物理与数学学院）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
本文研究了自旋次级物体在 Kerr 背景下的 EMRI 波形与辐射，通过线性自旋近似推导了轨道平均的运动常数方程，为生成包含次级自旋的波形提供了可行路径。
2026-07-16 astro-ph.HE gr-qc
The implications of high BH spins on the origin of BH-BH mergers
LIGO/Virgo合作报告了50个黑洞-黑洞（BH-BH）合并和8个候选者，这些候选者是通过深入挖掘探测器噪声而恢复的。这些合并中的大多数具有指向低BH自旋的低有效自旋和大质量恒星中的有效角动量传输，如几个模型所提出的（例如，泰勒-斯普鲁特发电机）。然而，在这58个合并中，有7个是与具有高有效自旋参数（chi_eff>0.3）一致的。此外，2个事件似乎具有源自主要（更大质量）BH的自旋的高有效自旋。这些特殊的观测结果可以用来区分孤立的双星和动力学形成通道。如果恒星中的角动量传输是有效的，并形成低自旋的黑洞，那么高自旋的黑洞似乎指向一个动力学起源。在这种情况下，需要动力学形成来产生第二代和第三代BH-BH合并，通常是高自旋BH。然而，在这里，我们表明，孤立的二元BH-BH形成也自然地复制这种高度旋转的BH。我们的模型从大质量恒星中有效的角动量传输开始，这是复制大多数具有低有效自旋的BH-BH合并所必需的。之后，一些双星会受到潮汐自旋的影响，从而形成中等比例（约10%）的高有效自旋（chi_eff>=0.4-0.5）的BH-BH合并。此外，孤立的二元演化可以产生一小部分的BH-BH合并，几乎最大限度地旋转主BH。因此，这些非典型BH-BH合并的形成情景仍有待发现。
2021-10-11 astro-ph.HE
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
Powerful radiative jets in super-critical accretion disks around non-spinning black holes
我们描述了一组模拟的超临界吸积到一个非旋转的超大质量BH。吸积流的辐射压力占主导地位，并采取了几何厚盘与双低密度漏斗周围的旋转轴的形式。对于吸积率$\gtrsim 10 \dot M_{\rm Edd}$，漏斗中有足够的气体使该区域光学厚度。来自圆盘的辐射首先流入漏斗，之后它沿着轴加速光学厚的漏斗气体。由此产生的喷流是重子加载的，并具有密度加权的终端速度$\approx 0.3c$。当逸出的气体在光学上变薄时，大部分的辐射亮度都转换成了动能。对于沿轴向下观察的观测者，总能量的各向同性等效光度与在$10^3$爱丁顿吸积的$10^7 M_\odot$ BH的$10^{48}\,\rm erg\,s^{-1}$一样多。因此，从能量上讲，模拟的射流与最强大的潮汐破坏事件的观测结果一致，例如，Swift J1644.然而，喷流速度太低，与J1644中推断的洛伦兹因子$γ> 2$不匹配。在其他潮汐扰动事件中不存在这种冲突。由于有利取向的观测者看到的是高度超爱丁顿的各向同性等效光度，模拟模型可以解释超亮X射线源的观测，至少在光度和能量方面，而不需要中等质量的黑洞。最后，由于模拟的喷流是重子加载的，并且具有温和的相对论速度，它们与SS433中观察到的喷流很好地匹配。然而，后者比模拟射流更准直。这表明，即使磁场对加速并不重要，它们也许仍然在限制喷流方面起作用。
2015-03-02 astro-ph.HE
Gravitational scattering of spinning neutrinos by a rotating black hole with a slim magnetized accretion disk
本文研究了中微子在旋转的超大质量黑洞中的引力散射，黑洞周围是一个薄的吸积盘，周围有一个真实的磁场。中微子被认为是具有非零磁矩的狄拉克粒子。中微子沿着任意轨道运动，入射通量平行于赤道平面。我们精确地解释了引力和磁场对中微子运动和自旋演化的影响。用准经典方法证明了在任意引力场中粒子散射时超相对论中微子的螺旋度为常数的一般命题。我们发现在弯曲时空中，考虑到中微子的自旋旋进，在外场中的中微子的可测量的通量。这些通量被证明是显着抑制系统的某些参数。最后，我们讨论了在我们的银河系中观测到预言的核坍缩超新星中微子现象的可能性。
2022-11-23 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Jet Launching Structure Resolved Near the Supermassive Black Hole in M87
大约有10%的活动星系核呈现出相对论性喷流，这种喷流是由物质吸积到超大质量黑洞上而产生的。虽然在大尺度上测得的这种喷流的宽度分布与磁准直理论相一致，但在喷流发射点的吸积盘尺度上的预测结构尚未被检测到。我们报告在1.3毫米波长的椭圆星系M87的射电干涉观测，在空间上解决了这个源的喷流的基础。推导出的5.5 +/- 0.4史瓦西半径的大小明显小于逆行吸积盘的最内边缘，这表明M87喷流是由一个吸积盘在一个旋转的黑洞周围的椭圆轨道上提供动力的。
2012-10-23 astro-ph.CO astro-ph.HE
Toward General-Relativistic Magnetohydrodynamics Simulations in Stationary Non-Vacuum Spacetimes
本研究提出一大类稳态轴对称旋转度规的视界穿透形式，突破了此前仅克尔、克尔-纽曼度规可用的限制，可支撑广义相对论及非广义相对论框架下多种旋转致密天体的GRMHD吸积模拟。
2024-03-06 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Relativistic aerodynamics of spinning black holes
本文研究了旋转黑洞在星系介质中运动时产生的相对论空气动力学效应，发现除修正的经典阻力外还出现马格努斯力和升力，并在无碰撞物质与轻标量场两种环境中建立了第一性原理全相对论处理，揭示了旋转力方向与经典流体情形相反，对天体物理和引力波观测具有重要意义。
2024-02-16 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Force-Free Electrodynamics around Extreme Kerr Black Holes
充满等离子体的磁层可以从旋转的黑洞中提取能量，并为各种观测到的天体物理现象提供能量来源。这些磁层由高度非线性的无力电动力学方程（FFE）描述。通常，这些方程只能用数值方法求解。在本文中，我们考虑的FFE方程非常接近视界的最大自旋黑洞，在那里的能量提取发生。由于增强的共形对称性，出现在这个近地平线区域，我们能够解析地获得几个无限族的完全非线性方程的精确解。
2015-03-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Black-Hole Bombs and Photon-Mass Bounds
标准模型的一般扩展预言了超轻玻色子自由度的存在。几个正在进行的实验旨在探测这些粒子或限制它们的质量范围。在这里，我们表明，大规模的旋转黑洞周围的矢量场可以引起一个强大的超辐射不稳定性提取角动量的孔。对超大质量旋转黑洞的观测限制了这种机制。我们发现，目前的超大质量黑洞自旋估计提供了光子质量的最严格上限（根据我们最保守的估计，mv<4x 10 ^{-20} eV），而已知最大的超大质量黑洞的自旋测量可以进一步降低这个上限到mv<10^{-22} eV。我们的分析依赖于一个新的框架来研究扰动的旋转克尔黑洞在慢旋转制度，我们开发了二阶旋转，并可以扩展到其他时空度量和其他理论。
2012-09-21 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
