天体物理学 > 星系的天体物理学
[提交于 2020年2月10日
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标题: 超大质量黑洞周围的黑洞双星的诞生、生存和死亡:引力波源的动力学演化
标题: Birth, life, and death of black hole binaries around supermassive black holes: dynamical evolution of gravitational wave sources
摘要: 本文中,我们探讨了调节围绕超大质量黑洞(SMBH)形成和演化的恒星级黑洞双星(BHBs)的机制。我们表明,如果SMBH周围存在一个质量较大的核球(NC),动态相互作用可以有效地驱动“就地”BHB的形成;而轨道分离的恒星团则可以在SMBH主导的核区补充BHB的储备库。我们讨论了恒星硬化与质量分离共同作用如何塑造BHB的轨道属性。我们使用包含至2.5阶后牛顿修正的直接N体模拟来研究BHB-SMBH的相互作用,表明Kozai-Lidov机制在缩短双星寿命方面起着关键作用。我们发现,在$10^6-10^9{\rm ~M}_\odot$质量范围内,合并概率对SMBH质量的依赖较弱,导致红移为零时的合并率为$\Gamma \simeq 3-8$年$^{-1}$Gpc$^{-3}$。近$40\%$的合并事件具有“黑洞质量间隙”内的质量,即$50-140{\rm ~M}_\odot$,这表明星系核区是形成这一质量范围黑洞的理想场所。 我们认为质量分别为$m_1>40{\rm ~M}_\odot$和$m_2<30{\rm ~M}_\odot$的引力波 (GW) 源将是星系核起源的有力指示器。 这些合并事件中的大多数可能是局部宇宙中的多频段引力波源:近$40\%$个可能会被 LISA 视为偏心源,并在几年后由 LIGO 和爱因斯坦望远镜视为圆轨道源,使像 DECIGO 这样的十赫兹观测台成为连接双星吸积过程观测的独特工具。
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