来自首代恒星遗迹的双黑洞啁啾质量与自旋

我们使用种群合成模拟对七种不同模型进行了第三星族（Pop III）双星演化研究。我们发现 Pop III 双星倾向于成为啁啾质量 $M_{\rm chirp} \sim 30~M_{\odot}$ 的双黑洞（BBH），并且由于较长的并合时间，它们可在当今并合。Pop III 双黑洞在 $z=0$ 处的并合率密度为 3.34--21.2 $\rm /yr/Gpc^3$，与 aLIGO/aVIRGO 给出的 9.7--101 $\rm /yr/Gpc^3$ 结果一致。这些 Pop III 双星可能对 aLIGO/aVIRGO 探测到的部分大质量双黑洞引力波（GW）源有贡献。我们还计算了 Pop III 双黑洞并合的红移依赖性。我们发现，低自旋的 Pop III 双黑洞倾向于在低红移并合，而高自旋的 Pop III 双黑洞则在高红移并合，这可由 ET、CE 与 DECIGO 等未来引力波探测器证实。这些探测器也可检验双黑洞并合率与自旋分布的红移依赖性。我们的结果表明，除一个模型外，平均有效自旋 $\left\langle \chi_{\rm eff} \right\rangle$ 在 $z=0$ 处为 $0.02$--$0.3$，而在 $z=10$ 处为 $0.16$--$0.64$。因此，由引力波探测大质量恒星级双黑洞将成为早期宇宙恒星演化研究的关键。