球状星团中恒星级黑洞的动力学演化

我们要对恒星初始质量函数和大质量恒星演化的当前理解表明，年轻的球状星团可能形成了数百至数千个恒星级黑洞，这些是初始质量约为 $\sim 20 - 100\, M_\odot$ 的恒星残骸。超新星爆发产生的诞生踢出可能会将部分黑洞从其诞生星团中弹射出去，但大多数应被保留。我们使用蒙特卡洛方法研究了包含大量恒星级黑洞的球状星团的长期动力学演化。我们描述了 42 个模型的数值结果，涵盖了一系列现实的初始条件，包括多达 $1.6\times10^6$ 颗恒星。在几乎所有模型中，我们发现大量黑洞（多达 $\sim10^3$ 个）一直保留至今。这与之前的理论预期形成对比，此前认为大多数黑洞应在几 Gyr 内被动力学弹射出去。造成这种差异的主要原因是，由黑洞驱动的核心坍缩（通过 Spitzer“质量分选不稳定性”）很容易通过三体过程逆转，且仅涉及少数质量最大的黑洞，而较低质量的黑洞则与普通恒星充分混合，远离中心尖峰。因此，恒星级黑洞的快速分选并不会像以前常假设的那样，导致大多数黑洞长期物理分离到一个动力学解耦的内部核心。结合最近在银河系球状星团中探测到几个黑洞 X 射线双星候选体，我们的结果表明，恒星级黑洞今天仍可能大量存在于许多球状星团中，并且它们可能在塑造许多星团的长期动力学演化和当前动力学结构方面发挥重要作用。