非球状核星团中致密天体双星并合率的显著增强

观测表明，银河系及相当比例的星系中心拥有一个嵌入在非球状核星团中的超大质量黑洞 (MBH)。我们研究了此类环境中致密天体双星的长期轨道演化，并刻画了可经由引力辐射导致并合的极大偏心率激发机制。我们发现，当双星绕 MBH 轨道的节点进动时标（由非球状星团引起）与 MBH 通过 Lidov-Kozai (LK) 机制对双星施加力矩的时标相当（在约 10 倍因子内）时，偏心率激发最为有效。我们表明，在此机制下，相较于理想的球状星团情形，星团引起的摄动将使达到极端偏心率（$1-e\sim10^{-4}-10^{-6}$）的系统比例增加约 10-100 倍，从而使致密天体的并合率增加相似的倍数。我们确定了导致这种极端偏心率激发的两个主要通道：(i) 共振重叠导致的偏心率混沌扩散；(ii) 星团驱动的双星轨道与其绕 MBH 质心轨道之间相互倾角的变化，这可加剧 LK 振荡。我们估算，该机制产生的黑洞 - 黑洞及黑洞 - 中子星双星并合率分别可达 $\approx 15$ $\rm{Gpc}^{-3}yr^{-1}$ 和 $\approx 0.4$ $\rm{Gpc}^{-3}yr^{-1}$。因此，我们提出星团增强的 Lidov-Kozai 机制作为致密天体双星并合的新通道，与孤立双星演化或球状星团动力学形成等情景相竞争。