通过相对论吸积形成的 GW190521 情景

近期引力波暂现源 GW190521 被 LIGO-Virgo 合作组（LVC）解释为源自双黑洞（BH）并合。根据 LVC 参数估计，这些前身星中至少有一个落入所谓的对不稳定超新星质量间隙。这提出了这些前身星如何以及何时形成的重要问题。在本文中，我们使用从广义相对论流体动力学模拟获得的超爱丁顿质量吸积率吸积模型，来分析如下情景：GW190521 原始前身星（OPs）以较低质量和自旋形成，并通过相对论吸积增长到其估计的 LVC 参数。我们考虑双星所处的环境具有密度梯度以及依赖于气体马赫数。以 $z=0.82$ 处的 LVC 参数估计作为吸积演化的终点，我们估算了 OPs 在三个不同红移 $z=100, \ 50$ 和 $20$ 处的初始质量与自旋。我们发现了三种不同的可能 OPs 类型：$(i)$ $10^{-4} M_{\odot} - 3 M_{\odot}$ 几乎不自转（Kerr 自旋参数 $a_{\star}< 10^{-2}$）的 primordial BHs（原初黑洞）；$(ii)$ $3 M_{\odot} - 40M_{\odot}$ 缓慢自转（$10^{-2} < a_{\star} < 0.5$）的恒星级 BHs；$(iii)$ $40M_{\odot} - 70M_{\odot}$ 具有中等自旋参数 $a_{\star}\sim 0.5$ 的 BHs，可能起源于大质量 Pop III 星坍缩。质量跨度源于宇宙等离子体的密度梯度与相对论马赫数的变化；而因在不同红移起源导致的质量变化则可忽略，约 $2\%$ ……