活动星系核中的偏心黑洞并合

在 LIGO/Virgo 发现之后，引力波（GW）暂现源的天体物理起源是一个适时的开放问题。在活动星系核（AGNs）中，双星通过与致密恒星群和气态 AGN 盘的相互作用高效形成和演化。先前的研究表明，此类环境中的恒星级黑洞（BH）并合可以解释 LIGO/Virgo 观测到的并合率以及疑似层级并合的数量。双星偏心率分布可提供进一步信息以区分天体物理模型。在此我们推导 AGN 盘中 BH 并合的偏心率分布。我们发现偏心率主要源于双星-单星（BS）相互作用，这导致 AGN 盘中大多数 BH 并合在 0.01 Hz 处具有显著偏心率，可被 LISA 探测。如果 BS 相互作用发生在各向同性三维方向，则 AGN 盘中 8%–30% 的并合在 10 Hz 处偏心率高于 e_{10 Hz}≳0.03，可被 LIGO/Virgo/KAGRA 探测，而 5%–17% 的并合具有 e_{10 Hz}≥0.3。另一方面，如果由于盘扭矩使 BS 相互作用限制在 AGN 盘平面内，每次相互作用有 1–20 个中间双星态，或者如果 BH 可迁移到距中心超大质量黑洞 ≲10⁻³ pc 以内，则 10%–70% 的并合将是高偏心的（e_{10 Hz}≥0.3），与 GW190521 中可能的偏高心率一致。