宇宙黎明时期黑洞双星并合产生的引力波背景：一个上限

Advanced LIGO-Virgo 对双星并合事件的相继发现正在揭示双星黑洞（BBH）群体的统计性质。随机引力波背景（GWB）是探测这些致密并合宇宙学演化的有用工具。本文中，我们研究了由 BBH 并合产生的 GWB 的上限，其恒星前身在宇宙黎明时期主导再电离过程。由于这些前身造成的早期再电离会产生与 {\it Planck} 测量不一致的高宇宙光学厚度，累积质量密度被限制为 $\rho_\star \lesssim 10^7~M_\odot~{\rm Mpc}^{-3}$。即便有此上限，由高红移 BBH 并合产生的 GWB 振幅在 $f\simeq 25$ Hz 处预计高达 $\Omega_{\rm gw}\simeq 1.48_{-1.27}^{+1.80}\times 10^{-9}$，而其现今的并合率与观测到的 GW 事件率一致或更低。这一水平的 GWB 在 Advanced LIGO-Virgo 的设计灵敏度下可探测，并将表明高红移 BBH 群体对本地 GW 事件的主要贡献。其谱指数预计明显比由低红移和较小质量 BBH 普遍产生的标准值 $\simeq 2/3$ 更平坦。此外，若其质量函数比本地宇宙更偏重（top-heavy），GWB 谱会进一步向低频倾斜，这将使我们能够提取高红移并合 BBH 质量函数的信息。