大质量双星中的共有包层抛射——对 GW150914 和 GW151226 前身星系统的启示

最近探测到的由一对相对大质量恒星级黑洞（BH）并合事件产生的引力波信号（GW150914 和 GW151226），要求对这类前身星系统的普遍形成机制进行研究。我们分析了“传统”形成渠道中的共有包层（CE）阶段：在此阶段，先形成的致密天体在其演化伴星的包层内旋进，并在此过程中抛射包层。我们计算了金属丰度为 $Z=Z_{\odot}/2$ 和 $Z=Z_{\odot}/50$、初始质量在 4 至 115 $M_{\odot}$ 之间的供体星的包层束缚能，并导出了抛射这些包层所需的旋进天体最小质量。我们发现，共有包层演化除了产生 WD-WD 和 NS-NS 双星外，原则上也可能产生大质量 BH-BH 系统，其单个 BH 组分质量可达约 50-60 $M_{\odot}$，特别是对于演化至巨星阶段的供体星。然而，大质量恒星包层抛射的物理过程仍存在不确定性。我们讨论了能量预算形式、分叉点位置、复合能以及旋进过程中的吸积能作为可能能量来源的适用性，并评论了膨胀氦核的影响。大质量恒星在较宽的金属丰度范围内且初始质量至少高达 115 $M_{\odot}$ 时，可能能够抛射其包层并在 CE 演化中幸存下来，这取决于其初始轨道参数，类似于具有简并核的中等质量和低质量恒星的情况。我们得出结论，基于恒星结构计算，并从通常的简单能量预算分析来看，像 GW150914 和 GW151226 这样的事件有可能通过 CE 渠道产生。然而，对 CE 后轨道间距的计算，以及由此估计的 LIGO 探测率，仍然高度不确定。[节略]