The gravitational wave source GW190412 is a binary black hole (BBH) merger with three unique properties: i) its mass ratio is about 0.28, the lowest found so far, ii) it has a relatively high positive effective spin parameter \chi_eff=0.25, and iii) it is observed to be precessing due to in-plane projected spin of the binary with an in-plane precession parameter \chi_p=0.3. The two main formation channels of BBH formation fail to account for GW190412: field formation scenarios cannot explain the observed precession unless by invoking large natal kicks, and dynamical assembly in dense stellar systems is inefficient in producing such low mass-ratio BBH mergers. Here, we investigate whether "double mergers" in wide hierarchical quadruple systems in the "3+1" configuration could explain the unique properties of GW190412. In this scenario, a compact object quadruple system experiences two mergers: first, two compact objects in the innermost orbit merge due to secular chaotic evolution. At a later time, the merged compact object coalesces with another compact object due to secular Lidov-Kozai oscillations. We find that our scenario is consistent with GW190412. In particular, we find a preferential projected spin around \chi_p=0.2. However, the likelihood of a double merger is small and the formation efficiency of these systems is uncertain. If GW190412 originated from a double merger in a 3+1 quadruple, we find a strong constraint that the first merger likely occurred between roughly equal-mass BHs in the innermost orbit, since the recoil velocity from unequal-mass BHs would otherwise have disrupted the system.

中文翻译：

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GW190412 是从分层 3 + 1 四重配置中诞生的吗？

引力波源 GW190412 是一个双黑洞 (BBH) 合并，具有三个独特的性质：i) 它的质量比约为 0.28，是迄今为止发现的最低值，ii) 它具有相对较高的正有效自旋参数 \chi_eff=0.25，和 iii) 由于平面内进动参数 \chi_p=0.3 的双星平面内投影自旋，观察到它在进动。BBH 形成的两个主要形成通道无法解释 GW190412：场形成场景无法解释观察到的岁差，除非通过调用大本命踢，并且致密恒星系统中的动力学组装在产生如此低质量比的 BBH 合并方面效率低下。在这里，我们研究了“3+1”配置中宽层次四重系统中的“双重合并”是否可以解释 GW190412 的独特性质。在这种情况下，一个致密天体四重系统经历了两次合并：首先，由于长期混沌演化，最内轨道上的两个致密天体合并。稍后，由于长期的 Lidov-Kozai 振荡，合并的致密物体与另一个致密物体合并。我们发现我们的场景和GW190412是一致的。特别是，我们发现 \chi_p=0.2 附近的优先投影自旋。然而，双重合并的可能性很小，这些系统的形成效率是不确定的。如果 GW190412 起源于 3+1 四重星中的双重合并，我们发现第一次合并可能发生在最内层轨道上大致相等质量的 BH 之间，因为来自不等质量 BH 的反冲速度会扰乱系统。一个致密天体四重系统会经历两次合并：首先，最内层轨道上的两个致密天体由于长期混沌演化而合并。稍后，由于长期的 Lidov-Kozai 振荡，合并的致密物体与另一个致密物体合并。我们发现我们的场景和GW190412是一致的。特别是，我们发现 \chi_p=0.2 附近的优先投影自旋。然而，双重合并的可能性很小，这些系统的形成效率是不确定的。如果 GW190412 起源于 3+1 四重星中的双重合并，我们发现第一次合并可能发生在最内层轨道上大致相等质量的 BH 之间，因为来自不等质量 BH 的反冲速度会扰乱系统。一个致密天体四重系统经历了两次合并：首先，由于长期混沌演化，最内轨道上的两个致密天体合并。稍后，由于长期的 Lidov-Kozai 振荡，合并的致密物体与另一个致密物体合并。我们发现我们的场景和GW190412是一致的。特别是，我们发现 \chi_p=0.2 附近的优先投影自旋。然而，双重合并的可能性很小，这些系统的形成效率是不确定的。如果 GW190412 起源于 3+1 四重星中的双重合并，我们发现第一次合并可能发生在最内层轨道上大致相等质量的 BH 之间，因为来自不等质量 BH 的反冲速度会扰乱系统。由于长期混沌演化，最内层轨道上的两个致密天体合并。稍后，由于长期的 Lidov-Kozai 振荡，合并的致密物体与另一个致密物体合并。我们发现我们的场景和GW190412是一致的。特别是，我们发现 \chi_p=0.2 附近的优先投影自旋。然而，双重合并的可能性很小，这些系统的形成效率是不确定的。如果 GW190412 起源于 3+1 四重星中的双重合并，我们发现第一次合并可能发生在最内层轨道上大致相等质量的 BH 之间，因为来自不等质量 BH 的反冲速度会扰乱系统。由于长期混沌演化，最内层轨道上的两个致密天体合并。稍后，由于长期的 Lidov-Kozai 振荡，合并的致密物体与另一个致密物体合并。我们发现我们的场景和GW190412是一致的。特别是，我们发现 \chi_p=0.2 附近的优先投影自旋。然而，双重合并的可能性很小，这些系统的形成效率是不确定的。如果 GW190412 起源于 3+1 四重星中的双重合并，我们发现第一次合并可能发生在最内层轨道上大致相等质量的 BH 之间，因为来自不等质量 BH 的反冲速度会扰乱系统。由于长期的 Lidov-Kozai 振荡，合并的致密物体与另一个致密物体合并。我们发现我们的场景和GW190412是一致的。特别是，我们发现 \chi_p=0.2 附近的优先投影自旋。然而，双重合并的可能性很小，这些系统的形成效率是不确定的。如果 GW190412 起源于 3+1 四重星中的双重合并，我们发现第一次合并可能发生在最内层轨道中质量大致相同的 BH 之间，因为来自不等质量 BH 的反冲速度会扰乱系统。由于长期的 Lidov-Kozai 振荡，合并的致密物体与另一个致密物体合并。我们发现我们的场景和GW190412是一致的。特别是，我们发现 \chi_p=0.2 附近的优先投影自旋。然而，双重合并的可能性很小，这些系统的形成效率是不确定的。如果 GW190412 起源于 3+1 四重星中的双重合并，我们发现第一次合并可能发生在最内层轨道中质量大致相同的 BH 之间，因为来自不等质量 BH 的反冲速度会扰乱系统。双重合并的可能性很小，这些系统的形成效率也不确定。如果 GW190412 起源于 3+1 四重星中的双重合并，我们发现第一次合并可能发生在最内层轨道上大致相等质量的 BH 之间，因为来自不等质量 BH 的反冲速度会扰乱系统。双重合并的可能性很小，这些系统的形成效率也不确定。如果 GW190412 起源于 3+1 四重星中的双重合并，我们发现第一次合并可能发生在最内层轨道上大致相等质量的 BH 之间，因为来自不等质量 BH 的反冲速度会扰乱系统。