星系中二进制黑洞之间的相互作用：非圆形引力波捕获与三体形成

星系中含有黑洞的数值模拟发现，只有单个动态活跃的二进制黑洞（BBH），与理论上在包含几百个黑洞的星系中约有5个动态形成（或通常称为三体）BBH的期望相矛盾。我们检验了最近的假设，即这种矛盾是因为理论中忽略了三体BBH之间相互作用的结果。我们使用公共星系蒙特卡罗模型目录获取一组强烈的BBH-BBH相互作用样本，并使用到3.5PN的后牛顿运动方程进行积分。我们探讨了参与BBH-BBH相互作用的BBH的类型，以及各种结果：引力波（GW）捕获及其在地面GW探测器频率处的非圆形度，以及黑洞三体形成及其通过ZLK机制对BBH合并的贡献。我们发现，几乎所有参与BBH-BBH相互作用的BBH确实是三体二进制，BBH的形成与破坏在BBH-BBH相互作用中发生的速率大致相同，这解释了在N体模型中发现单个动态活跃BBH的现象。一个重要含义是，结果的GW捕获和三体形成速率是独立于不确定初始二进制属性的。结合用于星系中BBH-BBH相互作用的天体物理学模型，我们获得的局部GW捕获率为$R=1Gpc^{-3}yr^{-1}$，以及其非圆形度分布和红移依赖性。我们发现，BBH-BBH相互作用更可能触发GW合并，而不是BH-BBH相互作用。我们也确认，在BBH-BBH相互作用中形成的稳定三体可以通过ZLK振荡合并，尽管其合并速率低于GW捕获。我们的结果将有助于解释未来来自非圆形BBH的GW信号。