原初星系中多个大质量黑洞的连续并合

利用高精度的 $N$ 体模拟，我们探索了由恒星和大质量黑洞（以下简称 MBHs）组成的原初星系中多个大质量黑洞的演化。该演化采用四阶 Hermite 格式进行追踪，其中不仅纳入了 MBHs 的三体相互作用，还包含了恒星产生的动力学摩擦。初始时，将十个质量均为 $10^7M_\odot$ 的 MBHs 置于质量为 $10^{11}M_\odot$ 的宿主星系中。结果发现，有 4 至 6 个 MBHs 在 1 Gyr 内连续并合，并释放引力波辐射。MBHs 连续并合的关键过程是场恒星的动力学摩擦，当 MBHs 进入星系中心区域时，它增强了 MBHs 的三体相互作用。最重的 MBH 总是在星系中心组成一个密近双星，该双星因第三个 MBH 的角动量转移而收缩并最终并合。第三个 MBH 的角动量转移归因于弹弓机制。我们发现，如果纳入相对论近心点位移，长期 Kozai 机制无法促使双星并合。模拟表明，多个 MBH 系统可以纯粹通过 $N$ 体过程在星系中心产生一个更重的 MBH。这条并合路径对于原初星系中 MBHs 的增长可能具有重要意义。多个 MBHs 的并合可能是激光干涉空间天线(LISA)和脉冲星计时引力波的潜在来源。