从黑洞质量看对不稳定间隙的证据

恒星理论预测，由于对不稳定超新星，在 ${\sim}50$--$130\,M_\odot$ 之间存在一个禁止的黑洞质量范围，但引力波天文学一直难以从质量分布中找到该间隙存在的证据。早期关于黑洞质量在 ${\sim} 45\,M_\odot$ 处出现截断的迹象，随着随后发现更重的双黑洞而消失。在此，我们报告了在 LIGO--Virgo--KAGRA 第四引力波瞬变目录（GWTC-4）中发现的对不稳定间隙的证据，其下边界为 $44_{-4}^{+5} M_\odot$（90\% 置信度）。虽然该间隙未出现在 \textit{主}质量 $m_1$（双星系统中两个黑洞中较大者）的分布中，但它明确地出现在 $m_2 \leq m_1$ 的 \textit{次}质量 $m_2$ 分布中。该间隙的位置与先前在双黑洞自旋分布中识别出的转变非常吻合；主成分位于间隙内的双星往往比间隙下方的双星自旋更快。我们将这些发现解释为存在一个层级并合子群的证据：即双星中的主成分是先前黑洞并合的产物，从而填充了该间隙。我们对对不稳定间隙位置的测量，将 300keV 下 $^{12}\rm{C}(\alpha,\gamma)^{16}\rm{O}$ 的 $S$ 因子约束为 $260_{-108}^{+190}$ keV barns。