黑洞并合的宇宙学熵收支

黑洞包含的熵比可观测宇宙中任何其他组成部分都要多。LIGO 和 Virgo 的引力波观测显示了先前未知的黑洞质量范围的证据，为更新熵收支提供了新信息。根据热力学第二定律，双黑洞并合导致的熵增加也应计入该收支。在本研究中，我们利用一套种群合成模型和由数值相对论推导出的唯象拟合，更新了恒星至轻中等质量范围 $(5-300~M_\odot)$ 内黑洞的宇宙学熵收支，这些黑洞起源于超新星或双星并合。我们报告了三个新见解：首先，并合黑洞的累积熵在 $z\sim 12$ 的超大质量黑洞星系相开始前后超越了宇宙微波背景光子的总熵，表明并合在塑造早期宇宙热力学状态方面比遗迹辐射发挥了更重要的作用。其次，如果原初黑洞构成暗物质的非零比例，它们早期的双星并合在黑暗时代确立了“熵底”，并且即使丰度很小，也能主导累积的并合生成熵历史。第三，通过计算宇宙学密度参数，我们强调了黑洞并合中的热力学不对称性，即与 Bekenstein-Hawking 熵的巨大产生量相比，引力波能量的产生是低效的。