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TIDAL STELLAR DISRUPTIONS BY MASSIVE BLACK HOLE PAIRS: II. DECAYING BINARIES

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English Summary

Tidal stellar disruptions have traditionally been discussed as a probe of single, massive black holes (MBHs) dormant in the nuclei of galaxies. In Chen et al., numerical scattering experiments were used to show that three-body interactions between bound stars in a stellar cusp and a non-evolving “hard” MBH binary will also produce tidal disruptions caused by secular Kozai effect and close resonant encounters with the secondary hole. This paper continues investigations of stellar disruptions by MBHBs embedded in bound stellar cusps, developing a hybrid model that self-consistently follows the shrinking of an MBH binary while tracking stellar consumption rates for evolving systems.

Key Technical Terms

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Preprint typeset using LATEX style emulateapj v. 11/10/09 TIDAL STELLAR DISRUPTIONS BY MASSIVE BLACK HOLE PAIRS: II. DECAYING BINARIES Xian Chen1,2,5, Alberto Sesana3,4, Piero Madau2, & F. K. Liu1,5 ABSTRACT Tidal stellar disruptions have traditionally been discussed as a probe of the single, massive black holes (MBHs) that are dormant in the nuclei of galaxies. In Chen et al. (2009), we used numerical scattering experiments to show that three-body interactions between bound stars in a stellar cusp and a non-evolving “hard” MBH binary will also produce a burst of tidal disruptions, caused by a combination of the secular “Kozai effect” and by close resonant encounters with the secondary hole.2010 Here we derive basic analytical scalings of the stellar disruption rates with the system parameters, assess the relative importance of the Kozai and resonant encounter mechanisms as a function of time, discuss the impact of general relativistic (GR) and extended stellar cusp effects, and develop a hybrid model to self-consistently follow the shrinking of an MBH binary in a stellar background, includingDec slingshot ejections and tidal disruptions. In the case of a fiducial binary with primary hole mass 22 M1 = 107 M⊙and mass ratio q = M2/M1 = 1/81, embedded in an isothermal cusp, we derive a stellar disruption rate ˙N∗∼0.2 yr−1 lasting ∼3 × 105 yr. This rate is 3 orders of magnitude larger than the corresponding value for a single MBH fed by two-body relaxation, confirming our previous findings. For q ≪0.01, the Kozai/chaotic effect could be quenched due to GR/cusp effects by an order of magnitude, but even in this case the stellar-disruption rate is still two orders of magnitude larger than that given by standard relaxation processes around a single MBH. Our results suggest that ≳10% of the tidal-disruption events may originate in MBH binaries. Subject…

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한글 요약 (Korean Summary)

조석의 대단한 장애는 전통적으로 은하 핵에서 휴면 한 단일의 거대한 블랙홀 (MBH)의 프로브로 논의되었습니다. Chen et al.에서, 수치 산란 실험을 사용하여 항성 CUSP에서 결합 된 별 사이의 3- 바디 상호 작용과 비 진화 “하드”MBH 바이너리가 세속적 인 코자이 효과와 2 차 구멍과의 밀접한 공명으로 인한 조력 장애를 생성한다는 것을 보여 주었다. 이 논문은 바운드 스텔라 커스에 내장 된 MBHB에 의한 항성 혼란에 대한 조사를 계속하고 있으며, 진화 시스템에 대한 스텔라 소비율을 추적하면서 MBH 바이너리의 수축을 따르는 하이브리드 모델을 개발한다.

주요 기술 용어 (한글 설명)

  • MBHB
    설명 (Korean): 대규모 블랙홀 바이너 시스템 (MBH)
    (Original English: Massive black hole binary system (MBH))
  • Chen et al.
    설명 (Korean): Chen et al.의 이론 및 수치 산란 실험, MBH 시스템에 의한 별 중단 과정을 이해하는 데 중요합니다.
    (Original English: Theory and numerical scattering experiments by Chen et al., critical to understanding stellar disruption processes by MBH systems)
  • Pinhole limit
    설명 (Korean): 별이 한 번의 척도 이내에 갯벌 손실 원뿔을 들어오고 나갈 수있는 핀홀 상호 작용에 의해 지배되는 별 이완.
    (Original English: Stellar relaxation dominated by pinhole interactions, where stars can walk in and out of the tidal loss cone within one timescale.)
  • Diffusion limit
    설명 (Korean): 확산 시간 척도에서 조석 손실 원뿔로 고갈 된 이완 시간; 중앙 1 차 구멍은 MBHB를 통해 경화됩니다.
    (Original English: Relaxation time depleting into the tidal loss cone on the diffusion timescale; central primary hole is hardening via MBHBs.)
  • Hybrid model
    설명 (Korean): MBH 바이너리 시스템 축소에 대한 이후의 일관성이있는 동시에 진화하는 시스템에 대한 훌륭한 소비율을 추적합니다.
    (Original English: Self-consistent following for shrinking MBH binary systems, while tracking stellar consumption rates for evolving systems.)

발췌문 한글 번역 (Korean Translation of Excerpt)

라텍스 스타일 EmulateApj v. 11/10/09 대규모 블랙홀 쌍에 의한 조력 별 중단을 사용한 프리 인쇄 조판 : II. 부패한 바이너리 XIAN Chen1,2,5, Alberto Sesana3,4, Piero Madau2, & F. K. Liu1,5 초록 조석 스타 중단은 전통적으로 은하의 핵에 휴면 상태 인 단일의 ​​거대한 검은 구멍 (MBHS)의 프로브로 논의되었습니다. Chen et al. (2009), 우리는 수치 산란 실험을 사용하여 항성 CUSP에서의 바운드 별 사이의 3- 바디 상호 작용과 비 진화 “하드”MBH 이진이 또한 세속적 인 “코자 사이의 영향”의 조합에 의해 야기되는 “경화”MBH 바이너리가 조력의 파열을 일으킬 것이며, 여기서 2 차 구멍과의 밀접한 공명 속도에 의해 발생한다는 것을 보여줍니다. 매개 변수, 시간의 함수로서 Kozai 및 공명 만남 메커니즘의 상대적 중요성을 평가하고, 일반적인 상대 론적 (GR)의 영향에 대해 논의하고 확장 된 별 cusp 효과에 대해 논의하며, DEC 슬링 샷 방해를 포함하여 별을 일축성있게 따라 MBH 이진의 수축을 일축성있게 개발합니다. 1 차 구멍 질량 22 m1 = 107 m ⊙ 및 질량 비율 q = m2/m1 = 1/81을 갖는 섬유 바이너리의 경우, 등온성 cusp에 내장 된 우리는 ~ 3 x 105 yr의 별 파괴 속도 ˙n * ~ 0.2 yr -1 지속된다. 이 속도는 2- 바디 이완에 의해 단일 MBH에 대한 해당 값보다 3 배 더 큽니다. Q ≪0.01의 경우, gr/cusp 효과로 인해 코자이/혼돈 효과가 쿼 칭 될 수 있지만,이 경우에도 항성 파괴율은 여전히 ​​단일 MBH 주변의 표준 이완 프로세스에 의해 주어진 것보다 더 큰 두 가지 정도입니다. 우리의 결과 조달 파괴 사건의 ≳ 10%가 MBH 바이너리에서 유래 할 수 있음을 시사합니다. 주제…

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

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