团块状多相并合遗迹中超质量黑洞双星的轨道衰变

我们模拟了两个具有中等气体分数的银河系尺度星系盘在秒差距尺度分辨率下的等质量并合过程，其中包括一种针对多相介质中辐射冷却和加热的新模型，以及超新星引发的恒星形成和反馈。这两个星系盘中心最初各嵌有一个质量为 $2.6\times10^6\mathrm{~M_{\odot}}$ 的超质量黑洞 (SMBH)。随着并合完成及两个星系核并合，SMBH 形成了一对间距为数百秒差距的双星，并逐渐衰变。由于并合后系统立即表现出的随机性，双星的轨道平面受到了显著扰动。此外，由于强烈的星暴，中心区域的气体被完全排空，需要约 $\sim10$~Myr 才能重建核盘。最重要的是，星际介质的团块性质对 SMBH 双星的动力学演化产生了重大影响，它们经历了与大质量气体云的引力相遇，以及来自云和盘中螺旋模式的随机力矩作用。这些效应共同作用，使得两个 SMBH 衰变至数秒差距间距的时间相比以往工作延长了近两个数量级，达到 $\sim 10^8$ yr。在更高红移处气体更丰富、更团块化的星系并合中，随机力矩效应将更为显著，并可能导致轨道衰变受到更强的调制。这表明在任何红移处，间距为数十秒差距的 SMBH 双星应当相对普遍。