不同主质量下并合双黑洞存在三个子群的证据

随着第四版 LIGO--Virgo--KAGRA 引力波星表（GWTC-4）的发布，我们开始对并合双黑洞的群体获得详细认识。这些黑洞的形成通道尚不明确，但不同的形成机制可能会在引力波数据中产生具有不同特性的子群。采用唯象方法，我们发现 GWTC-4 数据支持存在至少三个子群，每个子群与不同的黑洞质量范围相关联，且它们之间存在尖锐的过渡边界。每个子群的特征在于质量比、黑洞自旋幅度或两者的分布不同。主质量 $m_1 \leq 27.7^{+4.1}_{-3.4} M_{\odot}$（$90\%$ 可信度）的子群 A，其特征是质量比 $q=m_2/m_1$ 的分布近乎平坦，且自旋幅度较小（$\chi \leq 0.5^{+0.1}_{-0.1}$）。子群 B 的主质量范围为 $27.7^{+4.1}_{-3.4} M_{\odot} \leq m_1 \leq 40.2^{+4.7}_{-3.2} M_{\odot}$，对质量比 $q \approx 1$ 有更强烈的偏好。子群 C 的主质量 $m_1 \geq 40.2^{+4.7}_{-3.2} M_{\odot}$，支持较大的自旋幅度，并初步支持质量比 $q\approx0.5$。我们将这些过渡解释为存在多个子群的证据，每个子群可能与不同的形成路径相关。我们为每个子群提出了潜在的形成情景，并提出子群 B 可能与化学均匀演化或第三代星有关。我们对子群 C 的发现与近期关于逐级并合的论断基本一致，但在某些性质上存在引人关注的差异。