三体相互作用产生的原初黑洞并合

当前的引力波观测对太阳质量范围内原初黑洞(PBH)丰度给出了最严格的限制。然而，这一约束本质上依赖于 PBH 模型所预测的并合率。以往的分析主要关注两种双星形成机制：早期宇宙中从哈勃膨胀退耦而组装，以及现今暗物质结构中的动力学俘获。利用天体物理背景下研究的三体过程反应率，我们表明，在保守假设下，PBH 晕中的三体相互作用高效地产生双星。这些双星形成于高红移处泊松诱导的 PBH 小尺度结构中，并且预测其中一部分会在宇宙当前年龄内并合与合并，这与动力学俘获情景中它们迅速并合的情况相反。总体而言，我们发现该通道预测的速率与动力学俘获情景相当。然而，除非太阳质量范围以上的 PBH 占暗物质的主导份额(这一情景已被当前约束排除)，由三体相互作用形成的双星才不会显著贡献于总体 PBH 并合率。我们的结果支持由激光干涉引力波天文台/Virgo/KAGRA 观测推导出的对恒星质量范围 PBH 丰度的强限制。最后，我们表明对于小行星质量范围的 PBH 并合，两种动力学通道相比于早期宇宙组装始终居于次要地位，而我们预期在 PBH 初始强成团的情景中它会变得相关。