从宇宙学模拟到双黑洞并合：使用解析恒星形成历史模型对引力波源种群的影响

双黑洞（BBH）并合的观测为研究宇宙时间尺度上大质量恒星的生命提供了独特窗口。将红移依赖的并合性质与大质量恒星前身星联系起来，需要精确的宇宙恒星形成和化学增丰历史模型。金属丰度特定的宇宙恒星形成率密度 S(Z, z) 的解析拟合常被用作复杂恒星形成历史的代理，但这些拟合本身未受约束。利用 IllustrisTNG 宇宙学模拟，我们评估了这些解析 S(Z, z) 预设的准确性，并考察了模拟分辨率和体积如何影响推断出的 S(Z, z)。通过将模拟和解析的 S(Z, z) 与种群合成代码 COMPAS 耦合，我们研究了由此产生的 BBH 并合率与质量分布。我们发现，解析 S(Z, z) 预设可能高估高红移 ($z \gtrsim 6$) 处的 BBH 并合率，高估因子可达 $10$-$10^4$，具体取决于宇宙学模拟分辨率，并可能在 BBH 质量分布中引入虚假特征。例如，它们可能在 $z \lesssim 2$ 处的主质量分布中产生一个靠近 $8\,M_\odot$ 的人为特征，而使用完全基于模拟的 S(Z, z) 时该特征不存在，同时抑制了高质量特征。这些差异源于简单的解析模型未能捕捉到模拟 S(Z, z) 金属丰度分布中的高金属丰度凸起和更平坦的低金属丰度尾部。我们的结果强调了精确的恒星形成历史对于模拟 BBH 种群的重要性，展示了广泛使用的解析 S(Z, z) 拟合的局限性，并强调了在解释引力波观测时，需要仔细整合宇宙学模拟、解析拟合和种群合成。