核星团内黑洞的重复并合与抛射

Giacomo Fragione; Joseph Silk

doi:10.1093/mnras/staa2629

核星团内黑洞的重复并合与抛射

星系天体物理 2020-09-09 v2 宇宙学与河外天体物理高能天体物理现象

作者: Giacomo Fragione , Joseph Silk

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摘要

当前的恒星演化模型预言缺少质量 $\gtrsim 50$ M $_\odot$ 和 $\lesssim 5$ M $_\odot$ 的黑洞(BHs),而中等质量黑洞(IMBHs; $\sim10^2- 10^5$ M $_\odot$ )尚未被确切探测到。形成大质量黑洞的一种自然方式是通过重复并合,这可通过当前 LIGO/Virgo 或未来的 LISA 和 ET 观测以引力波辐射形式探测。核星团(NSCs)具有足够高的质量和密度以保留大多数并合产物,这些产物在并合时刻会获得反冲踢。我们探讨了 IMBHs 可能作为 NSCs 中重复并合结果而产生的可能性,并展示了其形成路径如何依赖于 NSC 质量和密度以及黑洞自旋分布。我们发现对偶不稳定性质量间隙中的黑洞可由 LIGO/Virgo 形成并观测到,且抛射的大质量黑洞的典型质量为 $400$ -- $500$ M $_\odot$ ,速度高达几千 km s $^{-1}$ 。最终,其中一些 IMBHs 可成为今日在星系中心观测到的超大质量黑洞的种子。在矮星系中,它们可通过合理的反馈情景潜在地解决丰度、核-尖峰、过大难以失败、超暗和重子分数等问题。

关键词

核星团黑洞并合中等质量黑洞引力波反冲踢对偶不稳定性质量间隙超大质量黑洞种子

引用

@article{arxiv.2006.01867,
  title  = {Repeated mergers and ejection of black holes within nuclear star clusters},
  author = {Giacomo Fragione and Joseph Silk},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2006.01867},
  year   = {2020}
}

备注

15 pages, 10 figures, 1 table, accepted by MNRAS

核星团内黑洞的重复并合与抛射

摘要

关键词

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