致密星团中的偏心黑洞并合：双-双相遇的作用

我们给出首个包含广义相对论效应的强双-单与双-双黑洞相互作用的系统研究。在强相遇中纳入广义相对论效应时，引力波（GWs）的轨道能量耗散可导致俘获及随后的旋进，且在进入 LIGO 与 Virgo 引力波探测器敏感频段时具有可观的偏心率。本研究中，我们开展双-双与双-单散射实验，纳入至 2.5 阶后牛顿项的广义相对论动力学，既在受控环境下评估非耗散后牛顿项的重要性并推导 GW 俘获截面的标度关系，也开展调谐至最先进球状星团模型强相互作用的实验，以评估双-双通道在促成 GW 俘获及由此通道产生的旋进偏心率分布中的相对重要性。尽管球状星团中双-双相互作用比双-单相互作用罕见 10-100 倍，但其更长寿命与更复杂动力学导致相遇期间发生 GW 俘获的概率更高。我们发现，无论星团环境性质如何，双-双相互作用贡献了球状星团强黑洞相遇期间发生的偏心并合的 25-45%。因此，在致密星团中纳入高多重性相遇对 LIGO/Virgo 网络潜在可探测的高偏心率双星预言率有重大影响。由于偏心旋进的引力波形不同于已圆化并合双星所产生的波形，对此类系统中偏心率的观测将强烈约束其形成情景。