三体系统中的黑洞-中子星并合

黑洞（BH）与中子星（NS）双星的并合预计将在未来几年被引力波天文台观测到。迄今为止，LIGO仅对此并合率设定了上限。BH-NS双星预期在孤立环境中并合，因为其在星团中的形成受到质量 segregration 及团核中BH强加热的抑制。BH-NS并合的另一个可行情形是在三体系统中。在本文中，我们通过高精度$N$体模拟，包含直至2.5PN阶的后牛顿（PN）项，对由内部BH-NS双星组成的三体系统的动力学演化进行系统的统计研究。我们从主序大质量恒星出发，并模拟导致BH和NS形成的超新星（SN）事件。我们对SN过程中赋予的诞生速度 kicks 采用不同预设，并说明大kicks导致更紧致、质量更大的三体系统，其在更短时间尺度上并合。我们还展示在三体系统中并合的BH-NS在LIGO频段具有显著偏心率，通常远大于孤立双星中并合的BH-NS。最后，我们估计对于非零速度kicks，率为$\Gamma_\mathrm{BH-NS}\approx 1.0\times 10^{-3}-3.5\times 10^{-2} \ \mathrm{Gpc}^{-3}\ \mathrm{yr}^{-1}$，而对于无诞生kicks则为$\Gamma_\mathrm{BH-NS}=19 \ \mathrm{Gpc}^{-3}\ \mathrm{yr}^{-1}$。我们的率估计与孤立双星中预期的BH-NS率重叠且在LIGO上限之内。