通过稳定质量转移形成并合的第三星族双黑洞的形成路径
高能天体物理现象
2017-05-31 v2 宇宙学与河外天体物理
摘要
我们利用 MESA 对第三星族 (PopIII) 双星进行恒星演化模拟，研究了起源于第三星族恒星的恒星级质量双黑洞 (BBHs) 的形成。我们发现，相当一部分 PopIII 双星通过双星内两颗恒星之间的稳定质量转移形成了大质量 BBHs，而未经历公共包层阶段。我们利用经恒星演化模拟标定的半解析模型，研究了 PopIII 双星形成在哈勃时间内并合的 BBHs 所需的必要条件。针对具有大间距和小间距两种不同初始条件的 PopIII 双星模型，分别估算了并合 PopIII BBHs 的形成效率。结果表明，在这两种模型中，约 10% 的总 PopIII 双星仅通过稳定质量转移形成 BBHs，而这些 BBHs 中约有 10% 因引力波辐射在哈勃时间内并合。此外，并合 BBHs 的啁啾质量在 范围内呈平坦分布。由于稳定质量转移的不确定性小于作为第二星族 BBHs 主要形成通道的公共包层演化，因此这种 PopIII BBHs 的形成路径可能是稳健的。我们还利用我们的结果以及根据 Planck 测量的光学深度推断出的早期宇宙中形成的 PopIII 恒星总数，检验了 LIGO 探测到的 BBHs 并合事件起源于 PopIII 恒星的假设。我们得出结论，即使不考虑由不稳定质量转移或公共包层阶段形成的 BBHs，PopIII BBHs 形成情景也能在 Planck 测量推断出的最大 PopIII 形成效率下，解释 LIGO O1 事件的质量加权并合率。
引用
@article{arxiv.1701.04823,
title = {Formation pathway of Population III coalescing binary black holes through stable mass transfer},
author = {Kohei Inayoshi and Ryosuke Hirai and Tomoya Kinugawa and Kenta Hotokezaka},
journal= {arXiv preprint arXiv:1701.04823},
year = {2017}
}
备注
14 pages, 10 figures, accepted for publication in MNRAS