由先进 LIGO 对中等质量黑洞失控增长的限制
高能天体物理现象
2018-06-20 v1 星系天体物理
摘要
越来越多的证据表明，中等质量黑洞(IMBH)（此处定义为质量在 M=500-10^5 Msun 范围内）存在于某些球状星团(GC)的致密中心。它们与 GC 中其他 IMBH 或恒星级黑洞并合所产生的引力波(GW)大多发射在 <10 Hz 的频率，遗憾的是这超出了先进 LIGO (aLIGO) 等当前地面观测台的能力范围。尽管如此，我们表明 aLIGO 测量可用于有效探测 GC 中 IMBH 的一种可能形成机制，即恒星级种子黑洞的失控并合过程。在这种情况下，aLIGO 将对并合阶梯中较低质量的梯级敏感，范围从种子黑洞质量到 >~50-300 Msun 的质量，而此处标准并合的背景预期非常低。假设这一通用的 IMBH 形成情景，我们计算了对应于可能并合树的极限情况的质量函数。基于对 GC 数密度的估计并考虑仪器灵敏度，我们表明当前观测并不能有效限制由 GC 中恒星级黑洞失控并合形成的 IMBH 的占据分数 f_occ。然而，我们发现 aLIGO 在设计灵敏度下运行六年将能够以 99.9% 的置信水平探测到 f_occ<3%，要么找到该形成机制的证据，要么在拥有 IMBH 的 GC 比例更高时 necessitate 其他机制。
引用
@article{arxiv.1803.00568,
title = {Limits on Runaway Growth of Intermediate Mass Black Holes from Advanced LIGO},
author = {Ely D. Kovetz and Ilias Cholis and Marc Kamionkowski and Joseph Silk},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.00568},
year = {2018}
}
备注
13 pages, 5 figures, 2 tables