The evolution of kicked stellar-mass black holes in star cluster environments - II. Rotating star clusters
The evolution of kicked stellar-mass black holes in star cluster environments - II. Rotating star clusters
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星团环境中踢出的恒星质量黑洞的演化 - II。
DOI：
10.1093/mnras/stz1896
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发表时间：
2019
影响因子：
4.8
通讯作者：
Trani, Alessandro A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Webb, Jeremy J;Leigh, Nathan W;Serrano, Roberto;Bellovary, Jillian;Ford, K E;McKernan, Barry;Spera, Mario;Trani, Alessandro A
在这篇文章中，我们继续我们对黑洞(BHS)的演化的研究，这些黑洞的接收速度在其宿主星团势的起始处起踢。我们现在将重点放在旋转星团中的BHS上，这些星团相对于旋转轴在不同方向上接收一系列踢球速度。我们进行了N体模拟来计算被踢的BHS的轨迹，并开发了一个分析框架来研究它们作为主体簇和踢本身的函数的运动。我们的模拟表明，对于被踢出星团核心的黑洞，当它的轨道在旋转的星团中衰变时，黑洞将迅速获得角动量，因为它与旋转频率较高的恒星相互作用。一旦黑洞衰变到其轨道频率与地方星的轨道频率相等的程度，它的轨道将是圆形的，动力摩擦将变得无效，因为地方星的相对速度将很低。环化后，黑洞的轨道在更长的时间尺度上衰减，而不是主星团没有旋转的情况。因此，旋转星系团中的BHS将有更长的轨道衰减时间。轨道环化的时间尺度强烈依赖于星系团的自转速度和初始踢出速度，在缓慢旋转的星系团中，被踢出的BHS能够在环化发生之前衰变到核心。环化阶段的含义是黑洞经历潮汐捕获事件的概率增加，这可能有助于双星和高质量黑洞的形成。
In this paper, we continue our study on the evolution of black holes (BHs) that receive velocity kicks at the origin of their host star cluster potential. We now focus on BHs in rotating clusters that receive a range of kick velocities in different directions with respect to the rotation axis. We performN-body simulations to calculate the trajectories of the kicked BHs and develop an analytic framework to study their motion as a function of the host cluster and the kick itself. Our simulations indicate that for a BH that is kicked outside of the cluster’s core, as its orbit decays in a rotating cluster the BH will quickly gain angular momentum as it interacts with stars with high rotational frequencies. Once the BH decays to the point where its orbital frequency equals that of local stars, its orbit will be circular and dynamical friction becomes ineffective since local stars will have low relative velocities. After circularization, the BH’s orbit decays on a longer time-scale than if the host cluster was not rotating. Hence BHs in rotating clusters will have longer orbital decay times. The time-scale for orbit circularization depends strongly on the cluster’s rotation rate and the initial kick velocity, with kicked BHs in slowly rotating clusters being able to decay into the core before circularization occurs. The implication of the circularization phase is that the probability of a BH undergoing a tidal capture event increases, possibly aiding in the formation of binaries and high-mass BHs.
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DOI：
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影响因子：
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通讯作者：
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M. Weinberg