紧密飞过 Kerr 超大质量黑洞的双星动力学与引力波信号

近期天体物理模型预测，恒星质量双黑洞可能在超大质量黑洞（SMBH）的几个引力半径内形成并合并。探测此类系统发出的引力波（GWs）需要能够追踪双星动力学同时捕捉所有本质相对论效应的数值工具。本工作在我们早期对沿 Kerr SMBH 赤道面圆轨道运动的双黑洞研究的基础上进行发展。在此，我们修改了数值方法，以模拟沿相对于赤道任意倾角的抛物线轨道落入 SMBH 的双黑洞。通过在与双星一起自由下落的参考系中追踪演化，我们发现双黑洞的偏心率比此前赤道面情形更容易被激发，其原因在于当双星离开赤道面时施加于其上的潮汐张量的不对称性。由于偏心率在双黑洞最接近 SMBH 的同一时间达到最大值，可能产生可同时被空间和地面探测器探测到的多频段引力波爆发。我们表明，由于内部双黑洞在与 SMBH 相互作用期间的快速重新取向，此类引力波事件的有效自旋也会发生显著变化。这些结果展示了强引力区域三体动力学的丰富性，并强调了构建新数值工具以模拟此类系统的必要性。