高级 LIGO 可探测的中等质量比旋近的速率与特征

中子星（NS）或恒星级黑洞（BH）旋近到质量介于约 50 至约 350 太阳质量之间的中等质量黑洞（IMBH）所产生的引力波（GW），可能被计划中的地面 GW 干涉仪下一代高级探测器探测到。这类中等质量比旋近（IMRI）最可能出现在球状星团中。我们分析了四种可能的 IMRI 形成机制：（1）通过三体相互作用使 NS-IMBH 或 BH-IMBH 双星硬化，（2）在层级三体系统中通过 Kozai 共振硬化，（3）直接捕获，（4）从潮汐捕获的主序星旋近致密天体；当旋近天体为 NS 时我们也讨论了潮汐效应。对每种机制，我们预测所得 IMRI 的典型偏心率。我们发现 IMRI 在进入地面探测器的灵敏度带之前已基本圆化。通过三体相互作用硬化的双星——这可能是 IMRI 形成的主导机制——在 GW 频率达到 10 Hz 时偏心率低于 10$^{-4}$。即使在通过直接捕获形成的 IMRI 中（它们可能具有最高的偏心率），约 90% 在 GW 频率达到 10 Hz 之前会圆化到偏心率低于 0.1。我们估计球状星团中 IMRI 并合速率以及高级 LIGO 探测器网络对由此产生的 GW 的灵敏度。我们表明该探测器网络每年可能观测到数十个 IMRI，尽管每年一到几个的速率可能更合理。我们还估计使用圆化 IMRI 模板进行数据分析将导致的信噪比损失，并发现对于我们所预期的偏心率，该损失可忽略不计。