AGN 盘中吸积二元黑洞的引力波合并

主动性星系 (AGN) 盘中的二元黑洞 (BBH) 演化是引力波 (GW) 驱动合并的有前景的通道，但二元体与周围盘相互作用后是膨胀还是收缩尚不明了。我们发展了一个描述 AGN 盘中吸积 BBH 的简单解析模型，以跟踪从盘支配 regime 在大尺度间隔进入 GW 驱动 regime 在小尺度间隔的轨道演化。我们获得，吸积 BBH 在 aspect 比大于临界值 ($> h_\mathrm{crit}$) 的厚盘中会膨胀；而在薄盘中 ($< h_\mathrm{crit}$) 吸积 BBH 会收缩并最终合并。有趣的是，吸积 BBH 可以比非吸积 BBH 经历更快的合并，其对盘 aspect 比呈非单调依赖。轨道收缩通常伴随盘支配 regime 中的离心率增长，这导致在 GW 驱动 regime 中加速的轨道衰落。我们量化了 AGN 盘中 BBH 合并时间尺度 ($\tau_\mathrm{merger} \sim 10^5 - 10^7$ 年)，并估计了相关的 GW 合并率 ($\mathcal{R} \sim (0.2 - 5) \, \text{Gpc}^{-3} \text{yr}^{-1}$)。总体而言，吸积二元体可能在薄盘中高效收缩并合并，因此该 BBH-AGN 通道可能对观察到的 GW 合并事件率作出非平凡贡献。