最不寻常双黑洞并合的最寻常形成途径
高能天体物理现象
2020-12-23 v2
摘要
LIGO/Virgo 合作组报道了迄今质量最大的黑洞-黑洞（BH-BH）并合探测，其组分质量为 85 Msun 与 66 Msun（GW190521）。受近期在大麦哲伦云 30 Doradus 星团中观测到的大质量恒星（>200 Msun；如 R136a）的启发，并采用新估计的脉动对不稳定质量损失不确定性（允许形成质量高达 90Msun 的黑洞的可能性），我们表明通过经典的孤立双星演化（无需动力学相互作用或奇异天体的辅助）形成此类大质量 BH-BH 并合是轻而易举的。一颗由两颗大质量（180+150 Msun）星族 II 恒星（Z=0.0001）组成的双星经历稳定的洛希瓣溢出与公共包层阶段。两个暴露的恒星核均经历直接核坍缩并形成大质量黑洞，同时避免对不稳定脉动质量损失或完全瓦解。LIGO/Virgo 观测显示，轻 BH-BH 并合（两组分均 <50 Msun）的并合率密度为 10-100 Gpc^-3 yr^-1 量级，而 GW190521 表明较重并合率为 0.02-0.43 Gpc^-3 yr^-1。我们的模型（采用关于输入物理的标准假设）但扩展至包含 200 Msun 恒星并允许恒星核坍缩为 90 Msun 黑洞时，产生如下速率：轻 BH-BH 并合为 63 Gpc^-3 yr^-1，重 BH-BH 并合为 0.04 Gpc^-3 yr^-1。我们不主张 GW190521 由孤立双星形成，但看来这种可能性不能被排除。
引用
@article{arxiv.2009.13526,
title = {The most ordinary formation of the most unusual double black hole merger},
author = {Krzysztof Belczynski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.13526},
year = {2020}
}
备注
after revision: now only 2 sigma deviation in C12 fusion rate required