球状星团中中等质量比旋进的 $N$ 体动力学

恒星致密残骸旋进进入中等质量黑洞（IMBH）的中等质量比旋进可以产生引力波（GW）信号，该信号有可能被当前的地面引力波探测器（如 Advanced LIGO）以及计划中的空间干涉仪（如 eLISA）探测到。在此，我们展示了描述包含一个 IMBH 以及一群恒星质量黑洞（BH）和太阳质量恒星的星 clusters 的后牛顿 $N$ 体运动方程的直接积分结果。我们特别小心地模拟了最靠近 IMBH 的动力学，包括高达 $2.5$ 阶的后牛顿效应。我们的模拟表明，IMBH 容易与一个 BH 伴星形成双星。该双星通过瞬态 3 体或 4 体交遇逐渐硬化，导致 BH 伴星的频繁替换，而双星的偏心率由于 Lidov-Kozai 共振经历大幅振荡。我们还证明了双星轨道的相对论进动对这些共振的抑制作用。我们在我们演化的 12 个星团模型之一中（演化了 $\sim 100$ Myr）发现了一个中等质量比旋进。该星团包含一个 $100 M_\odot$ 的 IMBH，嵌置于 32 个 $10M_\odot$ BH 和 32,000 个 $1M_\odot$ 恒星的群体中。在模拟结束时，经过 $\sim 100$ Myr 的演化，IMBH 与一个 BH 伴星并合。当双星偏心率达到 $1-e\simeq 10^{-3}$ 时，IMBH--BH 双星旋进在 eLISA 频率窗口（$\gtrsim 1\rm mHz$）开始。大约 $\simeq 10^5$ 年后，双星以可忽略的偏心率进入 LIGO 频段。我们评论了这对引力波搜索的意义，以及在未来十年内可能实现探测。