AGN 盘中黑洞双星形成的动力学摩擦模型

嵌入活动星系核（AGN）气体盘中的恒星级黑洞（sBH）在形成双星并因轨道衰减而并合时，可成为 LIGO/Virgo 可探测引力波的重要源。在本文中，我们使用 $N$-体模拟研究气体动力学摩擦（DF）对 AGN 盘中 BH 双星形成的影响。我们采用两种简化的 DF 模型，作用在 BH 上的力依赖于 $\Delta {\bf v}$（sBH 相对于背景开普勒气体的速度）。我们积分了两个初始绕中心超大质量黑洞（SMBH）作圆周轨道的 sBH 的运动，并在各种条件下评估双星形成概率。我们发现两种 DF 模型（摩擦系数对 $|\Delta{\bf v}|$ 的依赖不同）均能在有效摩擦时标 $\tau$ 满足 $\Omega_{\rm K}\tau\lesssim 20-30$（其中 $\Omega_{\rm K}$ 为绕 SMBH 的开普勒频率）时促进双星形成：当 DF 较强（较小 $\tau$）时形成顺行双星，而当 DF 较弱（较大 $\tau$）时以逆行双星为主。我们确定了顺行与逆行双星随初始轨道间距和 DF 强度的分布。利用我们的 DF 模型，我们表明对于给定的 AGN 盘中 sBH 数密度，sBH 双星形成率随 $\tau$ 减小而增加，并可在足够强的 DF 下达到适中值。