大质量黑洞并合的新途径
摘要
引力波天文学的最新进展使得直接探测来自两个恒星级致密天体并合的引力波成为现实前景。朝向双致密天体并合的演化场景通常援引公共包层演化，而后者理解甚少，导致并合率存在巨大不确定性。我们探索大质量过接双星 (MOB) 演化的替代场景，它涉及一个非常紧的双星中的两颗大质量恒星，由于潮汐诱导的高自转，它们保持完全混合。我们使用公开恒星演化代码 MESA 通过详细模拟系统研究这一通道。我们发现，在低金属丰度下，MOB 产生在哈勃时间内并合、质量比接近 1 的双黑洞 (BH+BH) 系统，处于两个质量范围，约 25...60msun 和 >~130msun，其间产生对不稳定超新星 (PISNe)。我们的模型还能够复现本地宇宙中 MOB 场景各阶段的对应体，为其提供直接支持。我们绘制了产生 BH+BH 并合的初参数空间，确定了预期的啁啾质量分布、并合时间、克尔参数并预测了事件率。我们通常发现对于 Z~<Z_sun/10，每约 1000 颗核坍缩超新星有一个 BH+BH 并合。先进 LIGO (aLIGO) 探测率更不确定，并依赖于金属丰度演化。从大质量恒星金属丰度分布的局部和全局近似推导上下限，我们估计（在设计极限下）BH+BH 并合在 PISN 间隙以下的 aLIGO 探测率为 ~19-550 yr^(-1)，在 PISN 间隙以上为 ~2.1-370 yr^(-1)。即使采用保守假设，我们发现 aLIGO 应很快探测到来自 MOB 场景的 BH+BH 并合，并且这些可能是 aLIGO 探测的主导来源。
引用
@article{arxiv.1601.03718,
title = {A new route towards merging massive black holes},
author = {Pablo Marchant and Norbert Langer and Philipp Podsiadlowski and Thomas Tauris and Takashi Moriya},
journal= {arXiv preprint arXiv:1601.03718},
year = {2016}
}
备注
Accepted for publication in A&A. Abstract in the uploaded version differs slightly due to the arXiv character limit