并合中子星-黑洞双星中的质量间隙黑洞

数十年来，人们一直推测在最重中子星（NS）与最轻黑洞（BH）之间存在一个 $3-5\,M_{\odot}$ 的质量间隙，该推测由低质量 X 射线双星（LMXB）中的 BH 质量分布推断而来。最近报告的引力波源 GW230529 已被确认为一次 NSBH 并合，其 BH 质量恰好落入该低质量间隙。这一探测为该质量间隙不存在提供了强有力的证据，并为并合 NSBH 群体引入了新的含义，包括修正后的 BH 质量分布和更新的局部并合率。在本研究中，我们采用 POSYDON（一种整合了详细单星和双星模型的双星星族合成代码）来研究通过孤立双星演化形成的并合 NSBH 双星。我们特别关注内禀 NSBH 并合群体的 BH 质量分布。我们发现，在公共包层效率 $\alpha_{\rm{CE}} =2$ 较高的情况下，NSBH 并合中的 BH 质量集中在低质量间隙，与观测结果更为吻合。然而，在考虑了 LMXB 中针对质量间隙 BH 的选择偏差约束（这表明 NS 的最大诞生质量低于 $\simeq 2\,M_{\odot}$）之后，我们发现引入高 $\alpha_{\rm{CE}}$ 并非匹配观测的必要条件。此外，我们还探讨了核坍缩超新星反冲的影响。最后，我们给出了模拟中可观测 NSBH 并合的性质分布，发现它们与观测结果高度吻合。我们发现，可观测群体中电磁对应体的比例约为 $4-30\%$，具体取决于不同的 NS 物态方程。未来对并合 NSBH 双星的探测将为超新星机制、公共包层演化以及 NS 物理提供宝贵的见解。