孤立演化的二元黑洞合并的有效自旋-质量比关系

Sambaran Banerjee; Aleksandra Olejak

孤立演化的二元黑洞合并的有效自旋-质量比关系

高能天体物理现象 2025-07-08 v2 太阳与恒星天体物理广义相对论与量子宇宙学

作者: Sambaran Banerjee , Aleksandra Olejak

摘要

基于引力波探测的二元黑洞 (binary black holes, BBH) 合并，独特地允许确定恒星残余黑洞 (stellar-remnant black holes, BH) 的自旋，从而提供关于其形成机制的见解。观察到的 BBH 合并人群显示出与 BH 自旋相关的两种令人Intriguing的异常现象，即有效自旋参数 $\chi_{\rm eff}$ 的正偏置分布，以及合并质量比 $q$ 与 $\chi_{\rm eff}$ 之间的显著的反相关。本文我们研究此类观察属性的潜在机制，针对通过孤立二元演化形成的 BBH 合并。我们合成了基于孟加拉国的 BSE 快速二元演化代码所产生的 BBH 合并。探讨了各种物理假设的作用，包括潮汐自旋、致密残余质量以及质量转移物理。我们比较了通过稳定质量转移 (stable mass transfer, SMT) 和常见包膜演化 (common envelope evolution, CE) 形成的 WR-BH 二元系统。我们发现， $\chi_{\rm eff}$ 分布的非对称性以及 $\chi_{\rm eff}-q$ 反相关都是孤立二元 BBH 形成在标准质量转移物理假设下的自然结果。这种反相关在经历质量比反转 (mass-ratio-reversal) 的 SMT 通道 BBH 合并中尤为显著，即次生黑洞是较重的组成部分。该反相关源于轨道在质量转移期间收缩以及罗赫 lobe 大小对系统质量比的依赖。这种特征的 $\chi_{\rm eff}-q$ 趋势在金属丰度增加以及孤立二元 BBH 合并人群混合了显著动态形成 BBH 贡献时会逐渐减弱。我们的结果表明，经过 SMT 亚通道的孤立巨型二元演化可再现观察到的 BBH 合并人群，具有质量、质量比和自旋分布中的特征信号。[abr.]

关键词

二进制黑洞引力波自旋参数质量比星演化

引用

@article{arxiv.2411.15112,
  title  = {On the effective spin-mass ratio relation of binary black hole mergers that evolved in isolation},
  author = {Sambaran Banerjee and Aleksandra Olejak},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2411.15112},
  year   = {2025}
}

备注

33 pages, 25 figures. Substantially expanded version. Comments are welcome

孤立演化的二元黑洞合并的有效自旋-质量比关系

摘要

关键词

引用

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