黑洞谱系学：用引力波识别层级并合

在致密恒星环境中，双黑洞并合的并合产物可能经历额外的并合。这些层级并合预计比由恒星形成的第一代黑洞具有更高质量。层级并合的组分预期具有显著的特征自旋 $\chi\sim 0.7$。然而，由于第一代黑洞的群体性质不确定，难以判断任一给定并合是第一代还是层级并合。我们利用引力波观测重建含层级并合事件的双黑洞质量与自旋谱。我们采用一个现象学模型，捕捉来自致密恒星环境模拟的并合双黑洞的性质。受近期关于低自旋黑洞孤立形成工作的启发，我们纳入了一个零自旋子群体。我们分析了来自 LIGO 与 Virgo 前两次观测运行的双黑洞，发现该目录与无层级并合一致。我们发现该目录中最庞大的系统 GW170729 最可能为第一代并合，在假设 $5 \times 10^5 M_{\odot}$ 球状星团质量下，其为层级并合的概率仅 $4\%$。利用我们的模型，我们发现并合双星中 $99\%$ 的第一代黑洞质量低于 44 $M_{\odot}$，且近零自旋双星的比例为 $0.051^{+0.156}_{-0.048}$（$90\%$ 可信区间）。即将到来的观测将确定层级并合是否为引力波的常见源。