The current cosmological probes have provided a fantastic confirmation of the standard Λ Cold Dark Matter cosmological model, which has been constrained with unprecedented accuracy. However, with the increase of the experimental sensitivity, a few statistically significant tensions between different independent cosmological datasets emerged. While these tensions can be in part the result of systematic errors, the persistence after several years of accurate analysis strongly hints at cracks in the standard cosmological scenario and the need for new physics. In this Letter of Interest we will focus on the 4.4σ tension between the Planck estimate of the Hubble constant H0 and the SH0ES collaboration measurements. After showing the H0 evaluations made from different teams using different methods and geometric calibrations, we will list a few interesting models of new physics that could solve this tension and discuss how the next decade’s experiments will be crucial.

We report first results from a large project to measure black hole (BH) mass in high accretion rate active galactic nuclei (AGNs). Such objects may be different from other AGNs in being powered by slim accretion disks and showing saturated accretion luminosities, but both are not yet fully understood. The results are part of a large reverberation mapping (RM) campaign using the 2.4-m Shangri-La telescope at the Yunnan Observatory in China. The goals are to investigate the gas distribution near the BH and the properties of the central accretion disks, to measure BH mass and Eddington ratios, and to test the feasibility of using such objects as a new type of cosmological candles. The paper presents results for three objects, Mrk 335, Mrk 142 and IRAS F12397+3333 with H$\beta$ time lags relative to the 5100\AA\ continuum of $10.6^{+1.7}_{-2.9}$, $6.4^{+0.8}_{-2.2}$ and $11.4^{+2.9}_{-1.9}$ days, respectively. The corresponding BH masses are $(8.3_{-3.2}^{+2.6})\times 10^6M_{\odot}$, $(3.4_{-1.2}^{+0.5})\times 10^6M_{\odot}$ and $(7.5_{-4.1}^{+4.3})\times 10^6M_{\odot}$, and the lower limits on the Eddington ratios 0.6, 2.3, and 4.6 for the minimal radiative efficiency of 0.038. Mrk 142 and IRAS F12397+333 (extinction corrected) clearly deviate from the currently known relation between H$\beta$ lag and continuum luminosity. The three Eddington ratios are beyond the values expected in thin accretion disks and two of them are the largest measured so far among objects with RM-based BH masses. We briefly discuss implications for slim disks, BH growth and cosmology.

We have completed two years of photometric and spectroscopic monitoring of a large number of active galactic nuclei (AGNs) with very high accretion rates. In this paper, we report on the result of the second phase of the campaign, during 2013–2014, and the measurements of five new Hβ time lags out of eight monitored AGNs. All five objects were identified as super-Eddington accreting massive black holes (SEAMBHs). The highest measured accretion rates for the objects in this campaign are , where , is the mass accretion rates, is the Eddington luminosity and c is the speed of light. We find that the Hβ time lags in SEAMBHs are significantly shorter than those measured in sub-Eddington AGNs, and the deviations increase with increasing accretion rates. Thus, the relationship between broad-line region size () and optical luminosity at 5100 Å, , requires accretion rate as an additional parameter. We propose that much of the effect may be due to the strong anisotropy of the emitted slim-disk radiation. Scaling by the gravitational radius of the black hole (BH), we define a new radius–mass parameter () and show that it saturates at a critical accretion rate of , indicating a transition from thin to slim accretion disk and a saturated luminosity of the slim disks. The parameter is a very useful probe for understanding the various types of accretion onto massive BHs. We briefly comment on implications to the general population of super-Eddington AGNs in the universe and applications to cosmology.

Abstract Stars and compact objects embedded in accretion disks of active galactic nuclei (AGNs), dubbed accretion-modified stars (AMSs), often experience hyper-Eddington accretion in the dense gas environment, resulting in powerful outflows as the Bondi explosion and formation of cavities. The varying gas properties across different regions of the AGN disk can give rise to diverse and intriguing phenomena. In this paper, we conduct a study on the characteristics of AMSs situated in the outer, middle, and inner regions of the AGN disk, where the growth of the AMSs during the shift inward is considered. We calculate their multiwavelength spectral energy distributions (SEDs) and thermal light curves. Our results reveal that the thermal luminosity of the Bondi explosion occurring in the middle region leads to UV flares with a luminosity of ∼10 44 erg s −1 . The synchrotron radiation of Bondi explosion in the middle and inner regions peaks at the X-ray band with luminosities of ∼10 43 and ∼10 42 erg s −1 , respectively. The γ -ray luminosity of inverse Compton radiation spans from 10 42 –10 43 erg s −1 peaked at the ∼10 MeV (outer region) and ∼GeV (middle and inner regions) bands. The observable flares of AMS in the middle region exhibit a slow rise and rapid Gaussian decay with a duration of months, while in the inner region, it exhibits a fast rise and slow Gaussian decay with a duration of several hours. These various SED and light-curve features provide valuable insights into the various astronomical transient timescales associated with AGNs.

Abstract A stellar-mass black hole, embedded within the accretion disk of an active galactic nuclei (AGN), has the potential to accrete gas at a rate that can reach approximately ∼109 times the Eddington limit. This study explores the potential for nuclear burning in the rapidly accreting flow towards this black hole and studies how nucleosynthesis affects metal production. Using numerical methods, we have obtained the disk structure while considering nuclear burning and assessed the stability of the disk. In contrast to gas accretion onto the surface of a neutron star or white dwarf, the disk remains stable against the thermal and secular instabilities because advection cooling offsets the nuclear heating effects. The absence of a solid surface for a black hole prevents excessive mass accumulation in the inner disk region. Notably, nuclear fusion predominantly takes place in the inner disk region, resulting in substantial burning of $\rm ^{12}C$ and $\rm ^{3}He$, particularly for black holes around M = 10 M⊙ with accretion rates exceeding approximately ∼107 times the Eddington rate. The ejection of carbon-depleted gas through outflows can lead to an increase in the mass ratio of oxygen or nitrogen to carbon, which may be reflected in observed line ratios such as $\rm N\, V/C\, IV$ and $\rm O\, IV/C\, IV$. Consequently, these elevated spectral line ratios could be interpreted as indications of super-solar metallicity in the broad line region.