MEGaN 项目 II：超大质量黑洞周围的中等质量黑洞与双黑洞产生的引力波

我们研究了由大质量星团沉积在超大质量黑洞（SMBH）附近的中等质量黑洞（IMBHs）、恒星级黑洞以及双黑洞的演化。恒星级黑洞在 SMBH 周围迅速分离，驱动极端质量比旋近的形成，它们在红移 $z=0$ 处以 $\Gamma= 0.02-0.2$ yr$^{-1}$ Gpc$^{-3}$ 的速率并合。少数围绕 SMBH 轨道运行的 IMBHs 有利于形成在 Hubble 时间内并合的大质量双星，该通道的并合率为 $\Gamma =0.03$ yr$^{-1}$ Gpc$^{-3}$。并合后的反冲踢可以将残余物从星系中心弹出，特别是在矮星系中。我们的结果表明，该机制可导致 1 Gpc 内多达 $10^5$ 个 SMBH 被弹出。与少数单个和双黑洞共存于同一星团中的 IMBH 可以显著影响它们的演化，要么驱动双星瓦解，导致中等质量比旋近（并合率 $\Gamma =9.5$ yr$^{-1}$ Gpc$^{-3}$），要么促进 BHBs 并合（$\Gamma =2-8$ yr$^{-1}$ Gpc$^{-3}$）。在少数模拟中，SMBH 促进了 BHBs 并合，导致该过程的并合率为 $\Gamma =1$ yr$^{-1}$ Gpc$^{-3}$。我们注意到，在星系核中经历并合的 BHBs 可能被错误地估计为比实际重约 $30\%$，这是由于围绕 SMBH 的快速运动引起的波频率多普勒频移所致。我们所有的模拟都是使用专为处理近距离相遇和后牛顿动力学而定制的 $N$ 体代码进行的，该代码在粒子运动方程中还包含了星系场和动力学摩擦。