含动力学摩擦建模模拟中的高红移超大质量黑洞并合

在不久的将来，LISA 与脉冲星计时阵列等项目有望探测到超大质量黑洞并合产生的引力波，而为了最大化从这一新数据中所能获取的信息，当下精确建模 underlying 并合种群至关重要。此处我们利用极大体积的 Astrid 宇宙学模拟刻画预期的高红移（z > 2）黑洞并合，该模拟采用一系列种子质量以探测至低质量黑洞，并直接纳入动力学摩擦从而精确建模将黑洞带至星系中心（此处将发生双星形成与并合）的动力学过程。Astrid 中的黑洞种群包含低至 10$^{4.5}$ M$_\odot$ 的黑洞，并在 > 10$^6$ M$_\odot$ 尺度上（TNG 所用种子质量）与 TNG 模拟大体一致。通过解析更低质量黑洞，总并合率约为 TNG 的 5 倍。然而，相较于重新定心方案，纳入动力学摩擦延迟了并合，使高红移质量匹配并合率降低约 2 倍。我们还计算了预期的 LISA 信噪比，并表明其分布峰值位于高 SNR（>100），强调了采用远低于 LISA 峰值灵敏度（10$^6$ M$_\odot$）的种子质量以解析多数 LISA 引力波探测的重要性。