核球化矮星系中中等质量黑洞双星极为高效的并合

在$\sim 10^4-10^7~M_\odot$之间的并合黑洞所发射的引力波将被激光干涉空间天线(LISA)探测到，在红移20处信噪比可达数百。超大质量黑洞（$10^7$~M$_{\odot}$ - $10^{10}$~M$_{\odot}$）双星在质量星系中的形成、旋进与并合已被充分研究。然而，低至中等质量黑洞(IMBH)由低质量和矮星系所宿主；由于与质量星系宿主相比，宿主星系的结构、运动学和形态截然不同，将黑洞并合时标外推至该IMBH双星范畴并非易事。我们开展超高分辨率$N$体模拟，研究核球化矮星系中的IMBH动力学，其结构参数取自邻近矮星系的观测。从50秒差距开始，IMBH迅速形成双星。此后，由于核星团(NSCs)提供的高中心恒星密度，双星轨道迅速收缩。我们在IMBH双星样本中发现高偏心率（$e \sim 0.4-0.99$），且残余偏心率可能保持到LISA范畴。IMBH并合时标通常为几亿年，少数高偏心率情形并合时标极短。我们发现，若NSC与IMBH双星质量比大于10，则IMBH-恒星遭遇主要源自NSCs；否则核球恒星贡献显著。然而，随着IMBH双星抛射恒星，NSCs被瓦解。我们得出结论：等质量IMBH在核球化矮星系中并合极为高效，使它们成为有希望的LISA源，也是IMBH增长的一条途径。