Mon. Not. R. Astron. Soc. 000, 1–23 (2006) Printed 15 April 2018 (MN LATEX style file v2.2) Dynamics of triple black hole systems in hierarchically merging massive galaxies Loren Hoffman1⋆and Abraham Loeb2† 1Physics Department, Harvard University, 17 Oxford St., Cambridge, MA 02138, USA Department, Harvard University, 60 Garden Street, Cambridge, MA 02138, USA 2007 2Astronomy 15 April 2018 Mar ABSTRACT Galaxies with stellar bulges are generically observed to host supermassive black holes2 (SMBHs). The hierarchical merging of galaxies should therefore lead to the formation of SMBH binaries. Merging of old massive galaxies with little gas promotes the forma- tion of low-density nuclei where SMBH binaries are expected to survive over long times. If the binary lifetime exceeds the typical time between mergers, then triple black hole (BH) systems may form. We study the statistics of close triple-SMBH encounters in galactic nuclei by computing a series of 3-body orbits with physically-motivated initial conditions appropriate for giant elliptical galaxies. Our simulations include a smooth background potential consisting of a stellar bulge plus a dark matter halo, drag forces due to gravitational radiation and dynamical friction on the stars and dark matter, and a simple model of the time evolution of the inner density profile under heating and mass ejection by the SMBHs. We find that the binary pair coalesces as a result of repeated close encounters in ∼85% of our runs, and in ∼15% of cases a new eccentric binary forms from the third SMBH and binary remnant and coalesces during the run time. In about 40% of the runs the lightest BH is left wandering through the galactic halo or escapes the galaxy altogether, but escape of all three SMBHs is exceedingly rare. The triple systems typically scour out cores with mass deficits ∼1-2 × their total mass, which can help…

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몬. 아니다. R. Astron. 사회 000, 1–23 (2006) 2018 년 4 월 15 일 인쇄 (MN 라텍스 스타일 파일 v2.2) 대규모 은하계를 합병하는 트리플 블랙홀 시스템의 역학 동적 인 Loren Ho ff man1 in 및 Abraham Loeb2 † 1Physics 부서, Harvard University, 17 Oxford St., Cambridge, Ma 02138, 60 Garden University, 60 Garden, Cambridge. USA 2007 2astronomy 2018 년 4 월 15 일자 4 월 15 일 스텔라 팽창이있는 3 월 초록 은하는 일반적으로 초대형 블랙홀 (SMBHS)을 호스트하는 것으로 관찰됩니다. 따라서 은하의 계층 적 병합은 SMBH 바이너리의 형성으로 이어져야한다. 가스가 거의없는 오래된 거대한 은하를 합치면 SMBH 바이너리가 오랫동안 살아남을 것으로 예상되는 저밀도 핵의 형식을 촉진합니다. 이진 수명이 합병 사이의 일반적인 시간을 초과하면 트리플 블랙홀 (BH) 시스템이 형성 될 수 있습니다. 우리는 거대한 타원 은하에 적합한 신체적으로 동기를 부여한 초기 조건으로 일련의 3- 바디 궤도를 계산하여 은하 핵에서 밀접한 트리플 SMBH 만남의 통계를 연구합니다. 우리의 시뮬레이션에는 별 벌지와 암흑 물질 후광으로 구성된 부드러운 배경 전위, 별과 암흑 물질의 중력 방사선 및 동적 마찰로 인한 드래그 힘, SMBHS에 의한 가열 및 질량 배출 하에서 내부 밀도 프로파일의 시간 진화의 간단한 모델이 포함됩니다. 우리는 실행의 ~ 85%에서 반복적 인 만남의 결과로 바이너리 쌍이 합쳐지고, ~ 15%의 경우 런 타임 동안 세 번째 SMBH 및 이진 남은 자의 새로운 편심 이진 형태가 ~ 15%입니다. 달리기의 약 40%에서 가장 가벼운 BH는 은하계 후광을 방황하거나 은하계를 탈출하지만 세 개의 SMBH의 탈출은 매우 드물다. 트리플 시스템은 일반적으로 질량 정의로 코어를 닦아냅니다. 총 질량은 ~ 1-2 ×입니다.