Stellar binaries incident on supermassive black hole binaries: implications for double tidal disruption events, calcium-rich transients, and hypervelocity stars
Eric R. Coughlin, Siva Darbha, Daniel Kasen, Eliot Quataert
We analyze the outcome of the interaction between a stellar binary and a supermassive black hole binary (SMBHB) by performing a large number of gravitational scattering experiments. Most of the encounters result in either the ejection of an intact binary or the ejection of two individual stars following the tidal breakup of the binary. However, tidal disruption events (TDEs) and mergers constitute a few percent of the outcomes, and double, temporally distinct TDEs (i.e., separated by at least one orbit of the supermassive black hole binary) occur at the percent level. We also demonstrate that the properties of the ejected binaries are significantly altered through the interaction with the SMBHB, and their large eccentricities increase the merger rate and could lead to gravitational-wave inspirals far from the nucleus of the host galaxy. We discuss our results in the context of observed tidal disruption events, hypervelocity stars, and remote supernovae, such as calcium-rich transients.
Is S301 the Captured Companion of the Hypervelocity Star S5-HVS1?
CERN（欧洲核子研究中心）；Dipartimento di Fisica, “Sapienza” Università di Roma & Sezione INFN Roma 1（罗马大学物理系与INFN罗马第一分部）；Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Institute for Advanced Study, Princeton（普林斯顿高等研究院）
Tidal breakup of quadruple stars in the Galactic Centre
超高速恒星最可能的起源是银河系中心（GC）的超大质量黑洞（MBH）对双星的潮汐分裂。然而，HE 0437 -5439，一颗$9$ M $_\odot$ B型主序星，以大约$720$ km s $^{-1}$的日心径向速度在$\sim 60$ kpc的距离上移动，以及最近发现的超高速双星候选者（HVB），以$\sim 570$ km s $^{-1}$的速度移动，挑战了这一标准情景。最近，Fragione和Gualandris（2018）已经证明了三星的潮汐分裂导致速率不足。观测表明，由两颗围绕共同质心运行的双星组成的四重星（所谓的2+2四重星）是太阳附近恒星的$\approx 4\%$。虽然比三重星更罕见，但2+2四重星可能在喷射HVB中发挥作用，因为它们有更大的能量库。我们提出了一个数值研究的2+2四重中断的MBH在GC中，发现HVB的生产有一个概率$\lesssim 2-4\%$，这转化为喷射率$\lesssim 1$陀螺$^{-1}$，相当于三重中断的情况。鉴于低喷射率，我们认为，替代机制是负责的起源HVB，作为喷射从一个年轻的星团的相互作用与MBH在GC和起源在大麦哲伦星云。
The secular tidal disruption of stars by low-mass Super Massive Black Holes secondaries in galactic nuclei
恒星过于接近超大质量黑洞（SMBH）会产生潮汐破坏事件（TDE）。由于由此产生的恒星碎片可以产生电磁耀斑，因此TDE被认为可以探测星系核中单个SMBH的存在，否则它们会保持黑暗。在本文中，我们将展示恒星轨道IMBH二次扰动的SMBH主要。我们发现，恒星轨道的演变受到严重影响的主要SMBH由于长期的影响和恒星轨道相对于SMBH-IMBH轨道平面的高倾角结束其生命的TDE由于Kozai-Lidov振荡，从而照亮次级SMBH/IMBH。当SMBH的临界质量为$\approx 1.15 \times 10^8$ M $_{\odot}$以上时，老恒星星族中的典型恒星不会发生TDE，因为史瓦西半径超过了潮汐破裂半径。因此，由于这种大规模SMBH造成的任何TDE将保持黑暗。因此，在星系的膨胀质量大于$\approx 4.15\times 10^{10}$ M $_{\odot}$的星系中，不应该观测到TDE，除非还存在质量较低的次级SMBH或IMBH。因此，这里考虑的长期机制产生的TDE提供了一个有用的探测SMBH-SMBH/IMBH在最大质量的星系的二元性。我们进一步表明，TDE率可以是$\approx 10^{-4}-10^{-3}$ yr $^{-1}$，大多数TDE发生在$\approx 0.5$ Myr。最后，我们表明，恒星可能会喷出速度高达数千公里秒$^{-1}$，这可能有助于观察…
超高速恒星（HVS）以接近$10^{3}$ km/s $^{-1}$的速度离开银河系的发现，为银河系中心存在大质量致密天体提供了强有力的证据。HVS通过破坏恒星双星弹出偶尔可以产生一个恒星$v_{\infty} \lesssim 10^4$公里的$^{-1}$，在这里，我们表明，这种机制可以扩展到大质量黑洞（MBH）合并，其中的二级恒星被取代的MBH质量$M_2 \gtrsim 10^5 M_{\odot}$。我们发现，最初绑定到次级MBH的恒星经常以$v_{\infty} > 10^4$ km s $^{-1}$的速度喷出，偶尔以$\sim 10^5$ km s $^{-1}$（光速的三分之一）的速度喷出，因此我们将这些系统喷出的恒星称为"半相对论"超高速星（SHS）。由于没有星系的束缚，这些恒星的速度如此之大，以至于它们可以在它们被弹射后的时间内穿过可观测宇宙的很大一部分（几个Gpc）。我们证明，如果很大一部分MBH合并经历了一个阶段，其中它们的轨道偏心率为$\gtrsim 0.5$，并且它们的近点距离是主星史瓦西半径的数十倍，那么快速移动的（$v_{\infty} > 10^{4}$ km s $^{-1}$）SHS的空间密度可能与$10^{3}$ Mpc $^{-3}$一样大。数以百计的SHS将是巨星，可以通过未来的全天空红外巡天（如WFIRST或Euclid）和自行巡天（…
Gravitational-wave captures by intermediate-mass black holes in galactic nuclei
中等质量黑洞（IMBH）还没有被探测到超出任何合理的怀疑，尽管它们作为类星体的巨大种子和潮汐破裂事件的来源，超亮X射线源，矮星系反馈和超高速恒星的潜在作用。引力波（GW）观测可以帮助发现和确认IMBH的存在。目前和即将到来的探测器，如LIGO，Virgo，KAGRA，LISA，ET和DECIGO，承诺识别从恒星质量到超大质量黑洞（SMBH）的全部范围。在本文中，我们解决的问题，是否IMBHs可以在星系核产生GW。我们认为，恒星黑洞（SBHs）的形式绑定系统，后来通过在致密的核引力捕获合并与IMBH的可能性。我们表明，这种机制是有效的IMBH质量范围内$\sim 3\times 10^3$ M $_\odot$- $2\times 10^4$ M $_\odot$。我们发现，峰值频率和合并时标的典型分布主要取决于IMBH质量。具体地，对于$M_{\rm IMBH}=5\times 10^3$ M $_\odot$、$8\times 10^3$ M $_\odot$、$1\times 10^4$ M $_\odot$和$2\times 10^4$ M $_\odot$，典型的峰值频率分别为约$0.2\,$ Hz、$0.1\,$ Hz、$0.09\,$ Hz和$0.05\,$ Hz。我们的研究结果表明，在设计灵敏度，DECIGO和ET应该能够检测到这些IMBH-SBH合并。此外，大多数的…
