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禁止的形成历史:双黑洞合并率不喜欢长延迟时间

高能天体物理现象 2026-05-14 v1 星系天体物理 太阳与恒星天体物理

摘要

双黑洞(BBH)合并率的红移演化可表示为前体形成率与形成与合并之间延迟时间分布的卷积。我们表明,从数据驱动的 BBH 合并率红移函数拟合出发,对 BBH 合并率进行分解,可显露出物理上不兼容的延迟时间分布。对于给定的合并率演化,某些延迟时间分布是被禁止的,因为其长延迟尾部独立于前体形成率的任何假设,都会在低红移处高估合并率。我们结合来自 COMPAS 人口合成代码推导出的延迟时间分布与来自 GWTC-4.0 的 BBH 合并率推断结果,重构物理上允许的前体形成历史,发现其对低红移的下降幅度大于整个星系形成率。我们还发现,GWTC-4.0 数据与预测浅幂律延迟时间分布(α0.7\alpha \gtrsim -0.7)的形成通道(如稳定质量转移)存在紧张关系。相反,强制 COMPAS 对延迟时间分布的预测作为先验,可使 GWTC-4.0 在 z=1.5z=1.5 处推断的中位数合并率降低 10%,偏好标准 GWTC-4.0 推断的较浅合并率演化。此外,我们演示了该方法可通过直接评估人口合成参数与引力波观测之间的兼容性来约束二元演化物理。我们的框架为排除二元演化和合并率参数空间的区域提供了一个模型无关的途径。

关键词

引用

@article{arxiv.2605.12858,
  title  = {Forbidden Formation Histories: The Binary Black Hole Merger Rate Disfavors Long Delay Times},
  author = {Aryanna Schiebelbein-Zwack and Maya Fishbach},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2605.12858},
  year   = {2026}
}

备注

Submitted to ApJ. 13 pages, 7 figures