引力波对双不稳定性质量间隙与大质量恒星核燃烧的约束

双不稳定性应能阻止约 $50M_\odot$ 以上黑洞的直接形成，从而产生双不稳定性质量间隙。然而，引力波观测已在该质量范围内探测到了黑洞。这些系统可以用大质量恒星演化的不确定性，或恒星团中的层级并合来解释，预期后者会产生具有各向同性取向的大自旋。在此，我们给出了 LIGO--Virgo--KAGRA 第四暂现源目录中双不稳定性质量间隙的证据，其下边缘位于 $44.3^{+5.9}_{-3.5}\,M_\odot$。我们还获得了 ${}^{12}\mathrm{C}(\alpha,\gamma){}^{16}\mathrm{O}$ 反应率的测量值，得到的 $S$ 因子为 $268^{+195}_{-116}\,\mathrm{keV\,b}$，该参数对氦燃烧与恒星演化的建模至关重要。数据揭示了两个群体：一个是没有间隙上方黑洞的低自旋群，以及一个跨越整个质量范围并占据该间隙的高自旋、各向同性群，与层级并合相一致。这些发现与双不稳定性在塑造黑洞质量谱中发挥作用相一致，指出了引力波天文学与核天体物理学之间的联系，并凸显了致密星团作为黑洞增长关键环境的重要性。