利用下一代引力波天文台在宇宙距离上识别重型恒星级黑洞

我们研究了利用下一代地基引力波天文台（特别是Einstein Telescope和Cosmic Explorer）在宇宙距离（$5 \lesssim z \lesssim 20$）上探测总质量为$100-600 M_{\odot}$的单事件并合黑洞双星的可探测性。我们观测这些双星的能力受限于探测器的低频性能。引力波信号的高阶多极矩在这些系统中可观测，且对此类多极矩的探测既有助于扩大可观测黑洞双星的质量范围，又改善对其各自质量和红移的复原。对于$\sim 200 M_{\odot}$的高红移系统，我们将能可信地推断其红移至少为$z=12$；对于$\sim 400 M_{\odot}$的系统，我们可推断最小红移至少为$z=8$。我们讨论了这些观测在缩小对成对不稳定性质量间隙存在的不确定性方面的影响，以及它们对首批恒星级黑洞形成的意义，这些黑洞可能是驱动高$z$类星体的超大质量黑洞增长的种子。