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银河系核中高度偏心恒星质量双黑洞的引力波特征

高能天体物理现象 2026-02-04 v2 广义相对论与量子宇宙学

摘要

银河系核中的致密对象合并的显著比例预计在激光干涉仪空间天文台 (LISA) 频率灵敏度范围内具有偏心,104101 Hz10^{-4} - 10^{-1}\ \rm Hz。LIGO-Virgo-KAGRA 合作检测到的几个致密二进制可能保留约 10 Hz 处的残余偏心迹象,暗示动态或三元来源对显著比例的引力波可观测人口。在三元系统中,von-Zeipel-Lidov-Kozai 振荡扰动内部黑洞二进制的偏心和偏距参数 ω\omega。后者可能完全"循环",即 ω\omega 穿过 2π2\pi,或"驻留",即 ω\omega 围绕固定值范围,幅度小或大。我们使用 \texttt{TSUNAMI},一款包含最高 3.5 阶后牛顿 (PN) 项修正的正规化 N 体代码,识别出四种不同的轨道家族:(i) 循环,(ii) 小幅和 (iii) 大幅驻留,以及 (iv) 合并轨道。我们开发并演示了一种新方法,用于构建利用 \texttt{TSUNAMI} 中每个二进制组成部分瞬时总加速度的引力波形。我们展示,四种轨道家族具有不同的波形现象,使其在 LISA 中可被区分。这些轨道也可从孤立二进制或受不同三体轨道扰动的二进制中区分,即使secular 时间尺度相同。未来的脉冲 timing 模型将能够区分不同的轨道配置。对于高效的二进制形成,约有 1000\sim 1000 个二进制可在银河系中心具有高度偏心、驻留轨道。

关键词

引用

@article{arxiv.2510.13066,
  title  = {Gravitational-Wave Signatures of Highly Eccentric Stellar-Mass Binary Black Holes in Galactic Nuclei},
  author = {Evgeni Grishin and Isobel M. Romero-Shaw and Alessandro A. Trani},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2510.13066},
  year   = {2026}
}

备注

MNRAS accepted version