用 Shark 与 COMPAS 探究双黑洞并合与宿主星系

我们探究恒星级双黑洞（BBH）的引力波（GW）并合率与星系性质之间的联系。为此，我们使用双星星族合成代码 COMPAS 生成恒星族，并在半解析星系形成模型 Shark 的星系中演化它们，以确定每个模拟时间步内发生的并合数。我们发现，金属丰度高且恒星形成率（SFR）大于 $1M_{\odot}/ \rm yr$ 的大质量星系，相比年轻、质量较小且贫金属的星系，发生 GW 事件的可能性高 10 倍。我们采用默认输入参数的模拟所预言的本地并合率密度高于 LIGO、VIRGO 与 KAGRA 的第三版 GW 暂现源目录（GWTC-3）预言，原因在于模拟中低红移处并合时间短、金属丰度低且 SFR 高，从而产生比观测更多的在宇宙年龄内并合的 BBH。我们确定了能更准确重现体率（volumetric rate）的替代 remnant 质量模型，并给出了并合率随红移变化的更新拟合。我们随后考察模拟中处于即将开展的星系巡天可观测宿主星系内的 GW 事件相对比例，确定其中哪些最适合示踪高并合率宿主星系。本工作的意义可用于约束恒星演化模型、更好地指导后续观测计划，以及在测量哈勃常数等宇宙学参数时为宿主星系设置信息性先验。