KETJU——在 GADGET-4 中解析小尺度超大质量黑洞动力学

我们展示了新公开的 KETJU 超大质量黑洞（SMBH）动力学模块版本，该模块已集成到 GADGET-4 中。KETJU 在每个 SMBH 周围添加一个小的区域，其中 SMBH 与恒星粒子的动力学使用算法正则化积分器进行积分，而非 GADGET-4 所使用的带引力软化的蛙跳积分器。这使得即使在与恒星粒子或其他 SMBH 发生近距离相互作用时，也能将 SMBH 建模为点粒子，从而有效消除了由引力软化引起的空间分辨率限制。KETJU 还包含后牛顿修正，使得能够追踪 SMBH 双星到亚秒差距尺度以及低至数十个史瓦西半径的动力学。系统也支持多个 SMBH，代码中还包含此类系统的后牛顿方程中出现的领先非线性交叉项。我们给出了代码测试，表明其在足够的质分辨率下能正确捕捉由动力学摩擦驱动的沉降以及由恒星散射驱动的双星硬化。我们还展示了一个示例应用，演示如何将该代码用于研究多个星系并合中 SMBH 的动力学及其对周围星系性质的影响。我们期望所提出的 KETJU SMBH 动力学模块也能直接集成到其他类似于 GADGET-4 的代码中，从而将小尺度 SMBH 动力学与文献中存在的丰富星系物理模型相耦合。