并合超矮星系中黑洞产生的引力波

通过引力波（例如 LIGO/Virgo 合作）发现的黑洞-黑洞并合的起源仍是一个谜。我们研究这样一种设想：其中部分黑洞源自于遥远过去（$z>1$）已并合的极高质量超矮星系的中心。将中心黑洞与恒星质量比外推表明，这些并合中的黑洞可能来自质量约 $\sim 10^{5} - 10^{6}$ M$_{\odot}\,$ 的星系。我们利用最新 LIGO/Virgo 结果，考察这些星系的并合是否足够多或过多，以与观测到的 $\sim 9.7-101$ Gpc$^{-3}$ yr$^{-1}$ 的 GW 率一致。我们表明，在邻近宇宙中，超矮星系的并合率与数密度过低，低约一个数量级，无法产生这些黑洞并合。然而，考虑到低质量星系的并合比例、并合时标与数密度在 $z>1-1.5$ 处共同抬升了高红移处这些星系的并合率，我们认为部分观测到的 GW 事件可能来自低质量星系中心的黑洞。该计算的主要不确定性在于低质量星系中黑洞的动力学时标。但我们的结果暗示了 4-7 Gyr 的极长黑洞并合时标，与延展的黑洞并合历史一致。仍需进一步模拟来验证这一可能性，但我们的理论可通过搜寻引力波事件的宿主星系来检验。这些搜寻的结果将限制矮星系并合及/或最低质量星系中经 PopIII 恒星形成黑洞的存在与形成机制。