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Supermassive black hole binaries in gaseous and stellar circumnuclear discs: orbital dynamics and gas accretion.

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English Summary

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The paper explores the dynamics of two massive black holes in a rotationally supported nuclear disc using N-body/SPH simulations. The gaseous disc is modeled with 235,31 particles and follows a Mestel surface density profile. Star formation was neglected in previous simulations, leading to the possible co-presence of an axisymmetric nuclear stellar disc. This paper focuses on understanding the role of nu -5/6 spherical bulge stars in driving the orbital evolution of black hole pairs and the formation of accretion discs around each MBH. The simulations carried out are varied by changing the MBH masses, eccentricities, and gas content within the nuclear disc.

Key Technical Terms

Below are key technical terms and their explanations to help understand the core concepts of this paper. You can explore related external resources via the links next to each term.

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Mon. Not. R. Astron. Soc. 000, 000–000 (0000) Printed 31 March 2018 (MN LATEX style file v1.4) Supermassive black hole binaries in gaseous and stellar circumnuclear discs: orbital dynamics and gas accretion. M. Dotti1, M. Colpi2, F. Haardt1, & L. Mayer3,4 1 Dipartimento di Fisica e Matematica, Universit`a dell’Insubria, Via Valleggio 11, 22100 Como, Italy 2 Dipartimento di Fisica G. Occhialini, Universit`a degli Studi di Milano Bicocca, Piazza della Scienza 3, 20126 Milano, Italy 3 Institute for Theoretical Physics, University of Zurich, CH-8057, Zurich, Switzerland 4 Institute of Astronomy, Department of Physics, ETH, Zurich, Wolfgang-Pauli Strasse,CH-8095 Zurich, Switzerland 2007 31 March 2018 Jun ABSTRACT The dynamics of two massive black holes in a rotationally supported nuclear disc of mass Mdisc = 108M⊙is explored using N–Body/SPH simulations. Gas and star12 particles are co–present in the disc. Described by a Mestel profile, the disc has a vertical support provided by turbulence of the gas, and by stellar velocity dispersion. A primary black hole of mass 4 × 106M⊙is placed at the centre of the disc, while a secondary black hole is set initially on an eccentric co–rotating orbit in the disc plane. Its mass is in a 1 to 1, 1 to 4, and 1 to 10 ratio, relative to the primary. With this choice, we mimic the dynamics of black hole pairs released in the nuclear region at the end of a gas–rich galaxy merger. It is found that, under the action of dynamical friction, the two black holes form a close binary in ∼10 Myrs. The inspiral process is insensitive to the mass fraction in stars and gas present in the disc and is accompanied by the circularization of the orbit. We detail the gaseous mass profile bound to each black hole that can lead to the formation of two…

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한글 요약 (Korean Summary)

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이 논문은 N-Body/SPH 시뮬레이션을 사용하여 회전 지원 핵 디스크에서 두 개의 거대한 블랙홀의 역학을 탐구합니다. 기체 디스크는 235,31 개의 입자로 모델링되며 제작 표면 밀도 프로파일을 따릅니다. 이전 시뮬레이션에서 별 형성은 무시되어 축 대칭 핵 항성 디스크의 공동-존재를 초래했다. 이 논문은 블랙홀 쌍의 궤도 진화와 각 MBH 주변의 부착 디스크의 형성에있어서 NU -5/6 구형 벌지 별의 역할을 이해하는 데 중점을 둡니다. 수행 된 시뮬레이션은 핵 디스크 내에서 MBH 질량, 편심 및 가스 함량을 변경함으로써 다양합니다.

주요 기술 용어 (한글 설명)

  • **Σ(R)**
    설명 (Korean): 방정식 (3)에 기술 된 표면 밀도 프로파일, 여기서 r은 디스크 평면으로 투사 된 방사형 거리; κ는 국소 에피 클릭 주파수, R은 방사형 좌표, G는 중력 상수, B는 코어 반경입니다.
    (Original English: Surface density profile described in equation (3), where R is radial distance projected into disc plane; κ is local epicyclic frequency, r is radial coordinate, G is gravitational constant, and b is core radius.)
  • **MBH**
    설명 (Korean): 핵 디스크에서 MBH 쌍의 역학을 탐색하는 데 사용되는 대규모 블랙홀 페어링 기술.
    (Original English: Massive black hole pairing technique used to explore the dynamics of MBH pairs in nuclear discs.)
  • **SPH particles**
    설명 (Korean): “별 입자”의 경우, 이들은 시뮬레이션에 사용되어 은하계 또는 별표 내에서 별을 나타냅니다. 여기서 B는 코어 반경이고, R은 방사형 좌표이고, T는 음속 속도입니다.
    (Original English: Short for “star particle”, these are used in simulations to represent stars within a galaxy or stellar system; they follow equation (4) where b is core radius, r is radial coordinate, and t is sound speed velocity.)

발췌문 한글 번역 (Korean Translation of Excerpt)

몬. 아니다. R. Astron. 사회 000, 000–000 (0000) 2018 년 3 월 31 일 (MN 라텍스 스타일 파일 v1.4) 기체 및 별의 원주 핵 디스크의 초대형 블랙홀 바이너리 : 궤도 역학 및 가스 증가. M. Dotti1, M. Colpi2, F. Haardt1, & L. Mayer3,4 1 Dipartimento di fisica e Matematica, Universit ‘A Valleggio 11, 22100 Como, Italy 2 Dipartimento di Fisica G. Occhialini, Univers`a Degli Studi Di Milano Bicocca, Piazza 3, 2012. 밀라노, 이탈리아 3 개, 취리히 대학교, 6057, 취리히, 취리히, 스위스, 4 월 3111 년 3 월 31 일 ZURICH, SWITZERLAND Abstract of Mass Mignamics의 핵무기 균형에 대한 2 개의 대량 홀리 닉스의 핵무기 대량 홀리 닉스의 물리학, ETH, 취리히, 볼리히리, 볼리 폴리 스트라스, 물리학, 6 월 31 일 Zurich의 물리학과, 6057, 취리히 대학교, 취리히 대학교, CH-8057 연구소. N -Body/SPH 시뮬레이션을 사용하여 108MAS를 탐색합니다. 가스 및 Star12 입자는 디스크에서 공동으로 나타납니다. Mestel Profe에 의해 기술 된 디스크는 가스의 난기류 및 항성 속도 분산에 의해 제공되는 수직 지지대를 갖는다. 질량 4 × 106m의 1 차 블랙홀은 디스크의 중앙에 배치되는 반면, 2 차 블랙홀은 디스크 평면에서 편심 한 CO- 로트 궤도에 초기에 설정됩니다. 질량은 1 차에 비해 1 내지 1, 1 내지 4 및 1 내지 10 비율이다. 이 선택으로, 우리는 가스가 풍부한 은하 합병의 끝에서 핵 영역에서 방출 된 블랙홀 쌍의 역학을 모방합니다. 동적 마찰의 작용 하에서, 두 개의 블랙홀은 ~ 10 Myrs의 밀접한 이진을 형성하는 것으로 밝혀졌다. 영감을주는 과정은 디스크에 존재하는 별과 가스의 질량 분율에 둔감하며 궤도의 순환이 동반됩니다. 우리는 각 블랙홀에 결합 된 기체 질량 프로파일을 두 가지를 형성 할 수 있습니다 …

Source: arXiv.org (or the original source of the paper)

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