低自旋100倍太阳质量黑洞的形成

据推测，在致密恒星环境中两个大质量恒星级黑洞的并合可能导致在成对不稳定性质量间隙（50-135 Msun）中形成一个大质量黑洞。这样一个并合形成的黑洞通常预期具有高自旋（a=0.7）。如果这样一个大质量黑洞获得另一个黑洞，可能导致另一次被LIGO/Virgo以引力波探测到的并合。获得伴星可能被引力波反冲/反踢所阻碍，后者伴随第一次并合并可能迅速将该大质量黑洞从其母球状星团或核星团中移除。我们检验在成对不稳定性间隙中并合形成的大质量黑洞是否可能被保留在其母星团中并具有低自旋。这样的黑洞将与原始黑洞无法区分。我们采用黑洞并合的数值相对论计算结果来探索各种并合黑洞质量和自旋组合下的引力波反冲速度范围。我们将并合形成的大质量黑洞速度与球状星团和核星团的典型逃逸速度进行比较。我们表明，如果黑洞的自旋较低（a<0.3），球状星团极不可能形成并保留一个100 Msun黑洞，因为此类黑洞获得的高反冲速度（>200 km/s）超过了球状星团的典型逃逸速度（50 km/s）。然而，一个极低自旋（a=0.1）且大质量（100 Msun）的黑洞可以在星系核星团中形成并被保留。尽管此类具有如此低自旋的大质量并合形成黑洞在形成过程中获得高速（400 km/s），它们可能避免被抛出，因为大质量核星团具有高逃逸速度（300-500 km/s）。因此，未来在成对不稳定性质量间隙中探测到一个低自旋大质量黑洞并不构成原始黑洞存在的证据，后者有时被声称具有低自旋和任意高质量。