大质量恒星黑洞双星的形成与引力波探测

如果存在由两个100倍太阳质量黑洞组成的双星，它们将成为极其强大的引力波源，先进的LIGO/Virgo地面探测器可探测到红移z=2处的此类事件。大质量恒星演化的巨大不确定性，排除了对这些大质量黑洞并合事件进行确定性预测的可能性。我们表明，每年探测到数百次事件的高发生率，或完全探测不到任何事件的零发生率，都是可能的。此前人们认为，产生这类大质量双星的唯一途径是通过致密恒星系统中的动力学相互作用。这一观点受到了近期在大麦哲伦云R136区域发现数颗质量超过150倍太阳质量恒星的挑战。当前模型预测，当这种质量的恒星离开主序时，其膨胀不足以让公共包层演化有效减小轨道间距。由此形成的黑洞-黑洞双星间距仍然过宽，无法在哈勃时间内并合。如果这一评估正确，孤立的极大质量双星不会演化成为引力波源。然而，存在其他形成渠道。例如，大质量恒星的高多重性，以及它们通常在相对致密的星协中形成，为大质量黑洞并合开辟了动力学渠道（例如，通过Kozai循环或重复的双星-单星相互作用）。我们确定了塑造极大质量黑洞-黑洞双星群体的关键物理因素。先进的引力波探测器将为极大质量恒星的形成与演化提供重要约束。