Gaia BH3 从孤立双星演化中的乏然历史

Gaia BH3 是第一个观测到的沉默性黑洞（BH），质量约为 ${30}$ M$_\odot$，并首次确认此类质量的 BH 与金属贫素星相关。这里，我们聚焦于 Gaia BH3 的孤立双星形成通道，主要研究银河系星系 halo 中老旧且金属贫的星际物质分布。我们采用 MIST 星模型和我们的开源人口合成代码 SEVN 来演化 $5.6 \times 10^8$ 个双星系统，探索 20 组参数。我们发现，类似 Gaia BH3 的系统优先来自由巨星（$40-60$ M$_\odot$）和低质量伴星（${<1}$ M$_\odot$）组成的双星，初始轨道为宽（$P>10^3$ 天）且偏心（$e>0.6$）。此类前体双星在整个演化过程中不经历任何罗德鲁比流动，因此最终轨道性质由于主星在核心坍缩时的决定。低 Natal 推力（${\lesssim}$ 10~km/s）显著有利于 Gaia BH3 类似系统的形成，但最高可达 ${\approx 220}$ km/s 的高速推力也被接受。我们估计在老旧（$t>10$ Gyr）和金属贫（$Z<0.01$）的人口中，Gaia BH3 类似系统的形成效率为 ${\sim 4 \times 10^{-8}}$ M$_\odot^{-1}$（以我们的 fiducial 模型为准），表示整个模拟 BH-恒星人口的约 ${\sim 3\%}$。我们预计银河系 halo 中通过孤立演化形成的 BH-恒星系统可达 ${\approx 4000}$ 个，其中约 ${\approx 100}$ 个符合 Gaia BH3 类似的特征。鉴于银河系 halo 的密度分布，我们不期望在 Gaia BH3 所观测到的距离附近超过一个。我们的模型表明，即便它出生于星系团内部，Gaia BH3 也符合一种原初双星，能够在未经显著动力学相互作用的情况下从其母星系中逃逸。