反冲踢对 LIGO/Virgo 星表中黑洞并合的启示

LIGO/Virgo 合作组发布的第一和第二引力波瞬变星表包含了来自第一、第二次观测运行以及第三次观测运行上半段的 $50$ 个已确认的并合事件。假设 LIGO/Virgo 双黑洞 (BBH) 并合是由致密星团中的动力学聚集催化的，我们计算了并合残骸受到的反冲踢分布，并估计了它们在不同天体物理环境中的保留概率，将其作为最大前身星自旋 ($\chi_{\rm max}$) 的函数。我们发现，对于 $0.1$、$0.3$、$0.5$、$0.8$ 的最大前身星自旋，平均反冲踢分布分别在约 $150$ km s$^{-1}$、$250$ km s$^{-1}$、$350$ km s$^{-1}$、$600$ km s$^{-1}$ 处达到峰值。只有在逃逸速度 $\gtrsim 100$ km s$^{-1}$ 的环境中，如星系核星团以及质量最大的球状星团和超星团，才能有效地保留 LIGO/Virgo BBH 群体的并合残骸，即使前身星自旋较低 ($\chi_{\rm max}=0.1$)。在前身星自旋较高 ($\chi_{\rm max}\gtrsim 0.5$) 的情况下，只有质量最大的核星团才能保留并合产物。我们还表明，如果 GW170729、GW190412、GW190519 和 GW190620 的前身星具有中等自旋 ($\chi_{\rm max}\gtrsim 0.3$)，则可以重现其有效自旋和残骸自旋的估计值；而对于 GW190517，如果前身星快速自旋 ($\chi_{\rm max}\gtrsim 0.8$)，则可以重现其估计值。或者，如果至少有一个前身星已经是源自先前并合的第二代 BH，则其中一些事件也可以得到解释。