活动星系核中恒星级黑洞双星的自旋演化

引力波（GW）事件的天体物理起源是 LIGO/Virgo 发现之后最及时的问题之一。在活动星系核（AGN）中，双星通过动力学相互作用和气体耗散高效地形成与演化。先前的研究表明，AGN 盘中的双黑洞（BBH）并合可对 GW 干涉仪观测到的 BBH 并合有显著贡献。在此我们考察该 GW 源族的有效自旋参数 $\chi_\mathrm{eff}$ 的分布。我们通过追踪双星轨道角动量和黑洞（BH）自旋的演化，扩展了我们在 AGN 盘中双星形成与演化的半解析模型。BH 自旋因气体吸积和 BH 并合而改变，而双星轨道角动量则因气体吸积和双-单相互作用而演化。我们发现，AGN 模型预测的 $\chi_\mathrm{eff}$ 分布与 LIGO/Virgo O1 和 O2 期间观测到的分布相似。另一方面，若 BH 的径向迁移效率低下，$\chi_\mathrm{eff}$ 相较于观测分布会偏向更高的值，因为能使自旋方向相对于轨道平面随机化的散射事件稀少。我们提出，高双星质量以及对于啁啾质量直至 $\approx 20$ $\mathrm{M}_\odot$ 的双星质量与 $\chi_\mathrm{eff}$ 标准差之间的正相关，可作为起源于 AGN 盘并合的可能特征。最后，AGN 盘中的层级并合自然地产生了近期 GW 事件 GW190412 的性质，包括低质量比、高主 BH 自旋以及轨道平面内的显著自旋分量。