三重系统中的自旋与偏心率演化：从 Lidov-Kozai 相互作用到内双星的最终并合
广义相对论与量子宇宙学
2021-01-04 v2 高能天体物理现象
摘要
我们研究受第三体质量扰动并经历 Lidov-Kozai（LK）激发的黑洞（BH）双星的自旋与偏心率演化。我们聚焦三个方面。首先，我们依照 Antonini 等人 [MNRAS 480, L58 (2018)] 与 Liu 和 Lai [ApJ 863, 68 (2018)] 概述的方法研究内双星的自旋-轨道对齐，但允许自旋具有随机初始取向。我们确认存在一个动力学吸引子，其在 LK 演化结束时将自旋-轨道角驱动至由自旋与外轨道角动量之间初始夹角给定的值（而非有效自旋的某个特定值）。其次，我们进一步跟踪（内）双星演化至并合以研究最终自旋-自旋对齐。我们将有效势理论推广到包含轨道偏心率，这使我们能在早期旋进阶段高效演化系统。我们进一步发现自旋-自旋与自旋-轨道对齐相关，且该相关性由初始自旋-轨道角决定。对于自旋矢量初始位于轨道平面的系统，最终自旋强烈排斥对齐构型，从而可能导致比均匀自旋-自旋对齐所预测的更大 GW 反冲。最后，我们研究 LK 过程中可达到的最大偏心率激发，包括引力波辐射效应。我们发现当第三体质量为超大质量 BH 且内双星质量较大时，即便有最大 LK 激发，当双星轨道频率达到 10 Hz 时残余偏心率通常小于 0.1，且需要分赫兹探测器来跟踪此类系统的轨道演化。
引用
@article{arxiv.2007.12978,
title = {Spin and Eccentricity Evolution in Triple Systems: from the Lidov-Kozai Interaction to the Final Merger of the Inner Binary},
author = {Hang Yu and Sizheng Ma and Matthew Giesler and Yanbei Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.12978},
year = {2021}
}
备注
29 pages (including references), 21 figures, accepted by PRD