星系核中的大质量双星并合:对蓝离散星、双星S星及引力波的启示

星系核中常被发现含有年轻恒星族,且在大多数情况下含有一个中心超大质量黑洞(SMBH)。已知大多数大质量恒星存在于双星或更高多重性系统中,而在星系核中,与 SMBH 的引力相互作用会影响它们的长期演化。在本文中,我们使用高精度 $N$ 体模拟研究恒星双星在 SMBH 附近的轨道演化,并包含潮汐力及运动学中的后牛顿修正。我们聚焦于 SMBH 在大质量恒星双星上诱导的 Lidov-Kozai (LK) 效应。我们研究了并合双星的性质如何随 SMBH 质量、初始质量函数斜率、双星轨道参数分布以及耗散潮汐中能量耗散效率的变化而改变。我们发现,无论质量和轨道要素的初始分布细节如何,大质量双星并合的比例都在 $\sim 4\%$--$15\%$ 范围内。对于类银河系核,我们发现双星并合的典型速率为 $\Gamma\approx 1.4\times 10^{-7}$ yr$^{-1}$。大质量双星的并合产物可以是返老还童的蓝离散星,比其各自原始前身星质量更大,以及类 G2 天体。在 LK 周期中存活下来的双星系统可以是 X 射线和引力波的源,可被当前及未来的仪器观测到。