环双星盘自引力对超大质量黑洞双星并合的主导作用

理解大质量黑洞双星与其气态环境的相互作用至关重要，因为在亚秒差距尺度上双星过于宽大，无法由引力波辐射接管并驱动两个黑洞并合。我们在此使用三维光滑粒子流体动力学模拟研究大质量黑洞双星与自引力环双星盘的相互作用。我们发现，当盘自引力调节角动量输运时，在我们所探索的范围内，无论盘质量与温度如何选择，双星半长轴都会减小。特别地，我们发现盘的初始温度（因而盘厚宽比）对双星演化影响甚微，因为相同质量的盘会自调节至相同温度。初始较热的盘使双星在稍短的时间尺度上收缩，直至盘达到自调节平衡温度。与质量较小的盘相比，质量较大的盘驱动双星半长轴以更快的速度减小，并导致更快的双星偏心率增长，即便在依赖于初始条件的瞬态演化之后也是如此。最后我们研究了初始空腔尺寸对双星–盘相互作用的影响，发现处于自引力 regime 下，初始较小的空腔如预期那样导致双星快得多的收缩。我们的结果对诸如 PTA 波段中那些极高质量黑洞双星尤其重要，对其而言气体自引力不可忽略。