并合之路多艰：低质量暗物质晕与星系并合中超大质量黑洞的动力学

我们针对质量为 $10^3 - 10^7 \, \mathrm{M}_\odot$ 的超大质量黑洞（MBHs）在低质量暗物质晕多次小并合中的下沉与并合进行了高分辨率数值研究，所考虑的暗物质晕包含不带星系与带星系两种情况（$4\times 10^8 \, \mathrm{M}_\odot \lesssim \mathrm{M}_{\mathrm{halo}} \lesssim 2\times 10^{10} \, \mathrm{M}_\odot$）。Ketju 模拟代码将 Gadget 树求解器与精确正则化积分相结合，对恒星/暗物质组分与 MBH 之间采用未软化的力，从而精确处理动力学摩擦以及 MBH 双星或多星系统对暗物质/恒星的散射。MBH 相互作用中高达 3.5 阶的后牛顿修正使得黑洞可通过引力波辐射和引力反冲踢并合。低质量 MBH（$\lesssim 10^5 \, \mathrm{M}_\odot$）几乎无法下沉至中心或发生并合。下沉中的 MBH 具有多种复杂演化路径——双星、三体、自由漂浮 MBH，以及动力学或反冲抛射的 MBH。仅与暗物质的碰撞相互作用即可驱动 MBH 并合。质量最高（$\gtrsim 10^6 M_\odot$）的 MBH 大多下沉至中心并引发暗物质与恒星核的掏空。掏空可将中心重子主导系统转变为暗物质主导系统。我们这一理想化的高分辨率研究凸显了将低质量 MBH 引入并维持在低质量晕/星系中心之困难——这是并合辅助 MBH 种子增长机制仍面临的挑战。