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天体物理学 > 高能天体物理现象

arXiv:2301.06243 (astro-ph)
[提交于 2023年1月16日 ]

标题: 黑洞超紧凑X射线双星:银河系低频引力波源

标题: Black Hole Ultra-compact X-ray Binaries: Galactic Low-Frequency Gravitational Wave Sources

Authors:Ke Qin, Long Jiang, Wen-Cong Chen
摘要: 在银河系中,包含致密天体的密近双星是重要的低频引力波(GW)源。 作为潜在的低频GW源,中子星/白矮星(WD)超紧凑X射线双星(UCXBs)已被广泛研究。 使用MESA代码,我们系统地研究了黑洞(BH)-主序星(MS)双星的演化,以诊断其后代是否可以被空间引力波探测器检测到。 我们的模拟显示,初始轨道周期小于分岔周期的BH-MS双星可以演化成可被LISA检测到的BH UCXB。 这种演化途径将形成紧凑的质量转移BH-WD系统,而不是分离的BH-WD系统。 在距离$d=1$ kpc处被LISA检测到的BH UCXB的X射线光度为$\sim10^{33}-10^{35}~\rm erg\,s^{-1}$ ($\sim10^{34}-10^{35}~\rm erg\,s^{-1}$ 对于$d=10$ kpc),因此有可能检测到它们的电磁对应体。 值得强调的是,只有初始轨道周期非常接近分岔周期的BH-MS系统才能演化成低频GW源,其啁啾质量可以被测量。 通过BH-MS路径形成的BH UCXB的最大GW频率约为3 mHz,小于通过动态过程产生的质量转移BH-WD的最小GW频率(6.4 mHz)。 此外,我们获得了BH UCXB-GW源前身的初始参数空间(供体恒星质量和轨道周期),可用于未来的群体合成模拟。 通过粗略估计,我们预测LISA只能检测到少数通过BH-MS通道形成的BH UCXB-GW源。
摘要: In the Galaxy, close binaries with compact objects are important low-frequency gravitational wave (GW) sources. As potential low-frequency GW sources, neutron star/white dwarf (WD) ultra-compact X-ray binaries (UCXBs) have been investigated extensively. Using the MESA code, we systematically explored the evolution of black hole (BH)-main sequence star (MS) binaries to diagnose whether their descendants can be detected by space-borne GW detectors. Our simulations show that BH-MS binaries with an initial orbital period less than the bifurcation period can evolve into BH UCXBs that can be detected by LISA. Such an evolutionary channel would form compact mass-transferring BH-WD systems rather than detached BH-WD systems. The calculated X-ray luminosities of BH UCXBs detected by LISA at a distance $d=1$ kpc are $\sim10^{33}-10^{35}~\rm erg\,s^{-1}$ ($\sim10^{34}-10^{35}~\rm erg\,s^{-1}$ for $d=10$ kpc), hence it is possible to detect their electromagnetic counterparts. It is worth emphasizing only some BH-MS systems with an initial orbital period very close to the bifurcation period can evolve toward low-frequency GW sources whose chirp masses can be measured. The maximum GW frequency of BH UCXBs forming by BH-MS pathway is about 3 mHz, which is smaller than the minimum GW frequency (6.4 mHz) of mass-transferring BH-WD originating from a dynamic process. Furthermore, we obtain an initial parameter space (donor-star masses and orbital periods) of progenitors of BH UCXB-GW sources, which can be applied to future population synthesis simulations. By a rough estimation, we predict that LISA could detect only a few BH UCXB-GW sources forming by the BH-MS channel.
评论: 15页,8图,1表。已接受发表于《天体物理学杂志》
主题: 高能天体物理现象 (astro-ph.HE) ; 太阳与恒星天体物理学 (astro-ph.SR)
引用方式: arXiv:2301.06243 [astro-ph.HE]
  (或者 arXiv:2301.06243v1 [astro-ph.HE] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2301.06243
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/acb340
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来自: Wen-Cong Chen [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2023 年 1 月 16 日 03:08:49 UTC (434 KB)
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