双星系统中超大质量恒星的平衡与稳定性

我们研究了质量为 $M \agt 10^5M_{\odot}$ 的超大质量恒星在双星系统中的平衡与稳定性。我们发现，对于接近、圆形轨道的共转双星系统，在轨道分离度为 $r \alt 4R(M/10^6M_{\odot})^{1/6}$ 时存在普遍不稳定性，其中 $r$ 为轨道分离度，$R$ 为恒星半径。我们还指出，对于远距离轨道 $r \agt 12 R (M/10^6M_{\odot})^{-11/24}$，由于涡旋角动量迁移所需的时间尺度超过因热辐射引起的演化时间尺度，共转无法实现。这些发现表明，超大质量共转双星的可接受质量范围和轨道分离度受到严格限制。特别是对于质量 $M \agt 6\times 10^6M_{\odot}$ 的超大质量双星，由于黏性不足以在轨道角动量与自转角动量之间进行迁移，无法实现共转。一种可能的结果是双星超大质量恒星发生准径向、相对论不稳定性，导致每颗恒星在合并前坍缩。我们讨论了坍缩的其他结果以及结果黑洞的可能自转状态。我们估算了在几种不同坍缩情形下释放的引力波的频率和幅度。