具有环双星吸积盘的超大质量黑洞双星的轨道演化
高能天体物理现象
2017-05-29 v1
摘要
气态环双星吸积盘为促进星系核中超大质量黑洞（SMBHs）的并合提供了一种有前景的机制。我们利用环双星吸积盘的二维、等温、移动网格、粘性流体动力学模拟，测量了作用在吸积超大质量黑洞双星上的力矩。我们的计算域包括环双星盘的整个内部区域，其中单个黑洞（BHs）作为点质量包含在网格上，并使用汇（sink）方案来模拟每个黑洞上的吸积。每个黑洞都获得了自身分辨良好的吸积盘（“迷你盘”）。我们探索了汇方案从迷你盘中心区域移除气体的一系列质量移除率。我们发现，作用在双星上的力矩主要是引力性的，并由紧邻单个黑洞后方和前方轨道运行的气体主导。来自更远处扭曲环双星盘和直接角动量吸积的力矩是次要的。力矩对汇方案敏感：较慢的汇导致更多气体在黑洞附近积聚，并产生更负的力矩，从而更快地驱动双星并合。对于较快的汇，力矩负值减小并最终转为正值（对于物理上不切实际的快速汇）。当迷你盘被建模为标准alpha盘时，我们的结果对汇半径的选择不敏感。将模拟缩放至双星轨道周期tbin = 1年和以爱丁顿单位计的背景盘吸积率Mdot = 0.3MEdd，双星在3×10^6年的时间尺度上旋进，与超大质量黑洞质量无关。对于总质量小于10^7倍太阳质量的双星，这比仅由引力波（GW）发射导致的旋进时间更短，意味着气体盘将对超大质量黑洞双星族群产生显著影响，并可能影响脉冲星计时阵列的引力波信号。
引用
@article{arxiv.1703.03913,
title = {On the orbital evolution of supermassive black hole binaries with circumbinary accretion discs},
author = {Yike Tang and Andrew MacFadyen and Zoltan Haiman},
journal= {arXiv preprint arXiv:1703.03913},
year = {2017}
}