三重系统中的黑洞与中子星双星并合：并合比例与自旋-轨道错向

由外部伴星引力扰动驱动的黑洞(BH)并合构成了LIGO探测到的并合黑洞双星的一类重要形成通道。我们研究了三重系统中双星黑洞的轨道与自旋演化，其中第三伴星通过Lidov-Kozai振荡激发内双星的大偏心率，导致双星通过引力辐射并合。利用三重系统的单轨道平均与双轨道平均长期动力学方程，我们确定了并合窗口(允许内双星并合的伴星倾角范围)以及作为各种系统参数函数的并合比例。对于典型黑洞双星，由于八极矩扰动，并合比例随扰动体偏心率 $e_{\rm out}$ 迅速增加，在 $e_{\rm out}=0.9$ 时达到 $10-20\%$。我们推导了八极矩效应可忽略系统的并合窗口与并合比例的解析表达式，并将其应用于三重系统中的中子星双星并合。我们还追踪了伴星诱导轨道衰减过程中黑洞的自旋演化。从对齐的自旋轴出发，当双星进入LIGO频段时可产生大范围的末态自旋-轨道错向角 $\theta_{\rm sl}^{\rm f}$。对于八极矩效应较小(如等质量双星或 $e_{\rm out}\sim 0$)的系统，$\theta_{\rm sl}^{\rm f}$ 的分布峰值在 $90^\circ$ 附近。随着八极矩效应增强，产生更各向同性的末态自旋轴分布。总体而言，三重系统中由Lidov-Kozai振荡产生的并合黑洞双星呈现出有效自旋参数 $\chi_{\rm eff}$ 的独特分布；这可用于将该形成通道与其他通道区分开来。