“提前坍缩”能否在上下质量间隙中形成黑洞？

对双黑洞并合产生的引力波的观测，包括最近的信号GW231123和GW230529，分别揭示了多个处于所谓上质量间隙和下质量间隙的前身黑洞。通常假设大质量恒星无法在上质量间隙中形成黑洞，因为恒星演化晚期的对不稳定性会瓦解恒星，而下质量间隙指的是允许的最大中子星质量与超新星爆发中预期形成的最小黑洞质量之间的间隙。在此，我们探讨了一种“提前坍缩”场景，即上质量间隙恒星在达到恒星演化晚期之前坍缩并形成黑洞。触发提前坍缩的机制是俘获一个较小的黑洞，其可能是原初黑洞。类似的俘获场景也可以发生，从而在下质量间隙中产生黑洞。至少对于大质量恒星而言，典型的恒星自转速率在这种场景下可能导致快速旋转的黑洞，这自然地解释了从GW231123推断出的快速自旋。尽管我们的估计取决于几个具有相当大不确定性的参数，但它们表明，至少在星系盘中，上质量间隙中恒星发生这种俘获的可能性很小，但可能在下质量间隙中导致显著的黑洞种群，事实上，甚至可能低于下质量间隙。