核星团中的共振动力学摩擦：中等质量黑洞与恒星盘的快速对齐
星系天体物理
2021-10-13 v2
摘要
我们研究了核星团中中等质量黑洞（IMBH）的动力学演化，该核星团包含一个超大质量黑洞（SMBH）以及球状和扁平盘状分布的恒星质量天体。我们使用直接N体（phiGPU）和轨道平均（N-ring）数值积分器来模拟恒星与IMBH的轨道演化。我们发现，若IMBH与恒星盘的初始相互倾角小于90度，IMBH的轨道会逐渐与恒星盘对齐；若大于90度（即逆向旋转），IMBH则不对齐。起初，轨道重定向的速率随IMBH质量与SMBH质量之比线性增加，且比普通（即Chandrasekhar）动力学摩擦快数个量级，尤其对于高SMBH质量的情形。IMBH与恒星的半长轴近似守恒。这表明对齐主要由恒星的轨道平均引力矩驱动，这一过程可称为共振动力学摩擦。恒星盘被IMBH扭曲，并最终增加了其厚度。该过程可为银河系中心IMBH候选体的可行性提供检验。共振动力学摩擦不限于IMBH；任何比盘粒子重得多的天体最终都可能与盘对齐。这可能对致密恒星系统中黑洞盘的形成与演化以及LIGO、VIRGO、KAGRA和LISA的引力波源族产生影响。
引用
@article{arxiv.2103.14042,
title = {Resonant Dynamical Friction in Nuclear Star Clusters: Rapid Alignment of an Intermediate-mass Black Hole with a Stellar Disk},
author = {Ákos Szölgyén and Gergely Máthé and Bence Kocsis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.14042},
year = {2021}
}
备注
19 pages, 14 figures, 1 video, accepted by ApJ