基于 GWTC-3 对原初黑洞族群与宇宙膨胀历史的约束

致密双星并合产生的引力波(GW)提供了除电磁波外对宇宙膨胀历史的独立探测。本工作中，我们假设 LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) 合作组探测到的双黑洞(BBH)源自原初，并利用第三批 LVK 引力波暂现源目录(GWTC-3)中的 $42$ 个 BBH 约束原初黑洞(PBH)的族群参数与 Hubble 参数 $H(z)$。考虑了三种 PBH 质量模型：对数正态、幂律以及临界坍缩 PBH 质量函数。通过进行分层贝叶斯族群分析，贝叶斯因子强烈排斥幂律 PBH 质量函数而支持另两者。对标准 $\Lambda{\rm CDM}$ 宇宙学参数的约束相当弱且与当前结果一致。当结合来自 GW170817 的多信使标准汽笛测量时，对于对数正态与临界坍缩质量模型，Hubble 常数 $H_0$ 在 $68\%$ 置信度下分别被约束为 $69^{+19}_{-8}\, \mathrm{km}\, \mathrm{s}^{-1}\, \mathrm{Mpc}^{-1}$ 与 $70^{+26}_{-8}\, \mathrm{km}\, \mathrm{s}^{-1}\, \mathrm{Mpc}^{-1}$。此外，我们考虑了混合 ABH+PBH 模型，其中假设 LVK BBH 可同时来自天体物理黑洞(ABH)与 PBH 通道。我们发现 ABH+PBH 模型比任何单一 ABH 或 PBH 模型更能描述 GWTC-3 中的质量分布，从而提升了对 Hubble 常数的约束精度。随着 BBH 事件增多，混合 ABH+PBH 模型为族群与宇宙学参数提供了稳健的统计推断。