NGC 7727 (Arp 222) 银河系超大质量黑洞系统的动力学演化 timescales

背景：近期发现的 NGC 7727 中的双核活性星系候选对象，核间距离仅 500 pc。根据层级合并假说，此类对象预计将在数十万年内合并。然而，准确估计两个核的合并时间尺度仍是复杂挑战。目标：本文利用自研数值 N 体代码，追踪中心黑洞在所有阶段的完整演化：包括非束缚黑洞的动力学摩擦、双黑洞形成、由于二体散射导致的系统硬化，以及引力波辐射导致的最终合并。方法：我们的模型包含两个致密星核，其中每个星核都包含一个黑洞。银河中心最质量的黑洞为 1.54x10^8 太阳质量，位于偏移的第二个脱离星核中最轻的黑洞为 6.33x10^6 太阳质量。我们追踪了系统的动力学演化，直至黑洞间距离缩小至四个 Schwarzschild 半径。黑洞被建模为特殊相对论粒子，其运动方程包含完整的后牛顿近似 - 2.5 项。结果：最初，黑洞不在引力束缚状态，因此系统在动力学摩擦阶段耗时超过 60 Myr 以收紧轨道。60 Myr 至 120 Myr 期间进行双体散射阶段。在最后 10 Myr 中，由于引力波辐射，黑洞间距离迅速收缩。从观测到的当前物理距离开始，我们模型中的总合并时间为 130 (10) Myr。结论：这些结果对低频引力波强源的统计具有意义，尤其是处于高级状态的系统预计将成为 LISA 任务观测的首选目标。