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星团与活动星系核中层级黑洞并合的比较

高能天体物理现象 2025-04-30 v4 星系天体物理

摘要

星团(SCs)和活动星系核(AGNs)是层级黑洞(BH)并合发生的有希望的场所。我们使用简单模型比较两种动力学形成通道中的层级 BH 并合。我们发现 AGN 中层级并合的主质量分布高于 SC 中的,其峰值分别约为 50M50\,M_{\odot}13M13\,M_{\odot}。SC 中层级并合的有效自旋(χeff\chi_{\rm eff})分布如预期围绕零对称,且约 50%50\% 的并合具有 χeff>0.2|\chi_{\rm eff}|>0.2。AGN 中 χeff\chi_{\rm eff} 的分布较窄且偏好正值,峰值在 χeff0.3\chi_{\rm eff}\ge0.3,这是由于 AGN 吸积盘的辅助。AGN 中 BH 层级增长效率(至少约 30%30\% 的并合为层级并合)远高于 SC 中的效率。此外,SC 和 AGN 中层级并合的质量比和有效进动参数存在明显差异。我们认为,只要 AGN 获得一半的层级并合率,LIGO-Virgo 探测到的大多数层级并合候选体可能源自 AGN 通道。

关键词

引用

@article{arxiv.2211.11150,
  title  = {Comparing hierarchical black hole mergers in star clusters and active galactic nuclei},
  author = {Guo-Peng Li and Da-Bin Lin and Yong Yuan},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2211.11150},
  year   = {2025}
}

备注

12 pages, 5 figures, 2 tables, accepted for publication in PHYS. REV. D; v2. add Figs. 4 and 5, showing mass-ratios and effective precession parameters, respectively; v3. delete an additional free parameter (maximum generation, $N_{\rm max}^{\rm G}$), replot Fig. 3 using the mergers detected by LIGO-Virgo, and add Yong Yuan as the third author of this manuscript; v4. add more details for SNR