来自球状星团的并合黑洞双星:质量分布及与 GWTC-3 引力波数据的比较

我们使用星团种群模型 cBHBd 来探索球状星团中动力学形成的并合黑洞双星的质量分布。我们在模型中包含了通过层级并合实现质量增长的影响,并将所得分布与从第三版引力波瞬变源目录推断出的分布进行比较。我们发现,我们的任何模型都无法重现数据中推断出的主黑洞质量分布在 $m_1\simeq 10M_\odot$ 处的峰值。这不利于大多数源形成于球状星团的情景。另一方面,球状星团起源可以解释推断出的在 $m_1\simeq 35M_\odot$ 处的次峰,这要求最致密的星团以半质量密度 $\rho_{\rm h,0} \gtrsim 10^4 M_\odot \rm pc^{-3}$ 形成。最后,我们发现推断质量分布中缺乏高质量截断也可由通过层级并合重新填充初始质量间隙来解释。匹配推断的在 $\simeq 50M_\odot$ 以上的并合率要求初始星团密度 $\rho_{\rm h,0} \gtrsim 10^4 M_\odot \rm pc^{-3}$,且黑洞以近乎零自旋形成。层级并合情景对黑洞质量分布中多个峰的出现和位置做出了具体预测,可与未来数据检验。