来自年轻和旧密集星团的双黑洞合并质量分布

密集星团被认为是 LIGO-Virgo-KAGRA 合作组织检测到的恒星质量双黑洞（BBH）合并率的重要贡献来源。我们将真实密集星团的 N 体动力学模型与星团形成历史相结合，估算由这些环境中形成的 BBH 合并的主质量分布。有人认为，密集星团——尤其是旧 globular 星团——主要产生主质量约为 $30\,M_{\odot}$ 的 BBH 合并。我们指出，形成于较低红移处的密集星团（因此具有较高金属丰度）自然产生较低质量的 BBH 合并。我们发现，星团 BBH 合并的主质量范围广，从约 $6\,M_{\odot}$ 到超过 $100\,M_{\odot}$，峰值位于约 $8\,M_{\odot}$ 附近，复现了来自引力波探测推断的整体合并率分布。我们的结果表明，约有 $95\%$ 的低质量 BBH 合并（$M_p\lesssim 20\,M_{\odot}$）来自金属丰富（$Z \sim Z_{\odot}$）的密集星团，而更重的 BBH 合并则主要来自金属贫乏的 globular 星团。我们还讨论了层级合并在塑造 BBH 质量分布中的作用。通过引力波探测动态形成的低质量 BBH 合并—— potentially 可通过如各向同性自旋分布等特征识别——可作为金属丰富环境中低红移星团形成历史的探针。