PTA 源从宇宙初始条件演化的偏心率

脉冲星 timing 数组（PTA）的最新结果显示出与一系列未解析的超大质量黑洞（SMBH）二体（BHB）一致的引力波背景（GWB）。尽管数据尚未约束谱的斜率，但这似乎在最低频率处趋于平坦，偏离仅因引力波（GW）辐射导致的圆形二体演化所预期的幂律形状。有趣的是，这种平坦化可以用一群偏心而非圆形二体来解释。BHB 的偏心率 notoriously difficult to predict based simply on the parameters of the host galaxies and the initial galactic orbit, as it is subject to stochastic effects.我们研究了从配对到合并的 BHB 在宇宙初始条件下的偏心率演化，重点关注潜在的 PTA 源。我们选取 IllustrisTNG100-1 模拟中的星系合并，并使用 Griffin 的 N 体代码在二体间距约为秒托的高分辨率下重新模拟。我们随后采用半解析模型估算在 GW 辐射和恒星硬化效应作用下的合并时间尺度。我们发现，IllustrisTNG100-1 中大多数合并发生在高度偏心的轨道上，BHB 在二体形成时的偏心率与合并初始偏心率相关联，若该偏心率不大于约 0.9。对于极端偏心的合并，二体倾向于以适度偏心率形成。我们讨论了这些结果对解释观察到的 GWB 的意义。