通过孤立的星族 I、II、III 及极贫金属双星演化得到的双黑洞并合率密度

我们通过孤立双星演化研究并合双黑洞（BHs）的形成，进行了覆盖前所未有的宽金属丰度范围的星族（Pop）I、II、III 及极贫金属（EMP）双星的双星种群合成计算。我们发现预测的并合率密度与 primary BH 质量（$m_1$）分布均与引力波（GW）观测一致。值得注意的是，Pop III 与 EMP（$< 10^{-2}$ $Z_\odot$）双星产生了绝大多数对不稳定性（PI）质量间隙事件，其 $m_1 = 65$--$130$ $M_\odot$。Pop III 双星对 PI 质量间隙事件的贡献随红移增加而增大，且在红移 $\gtrsim 8$ 时所有 PI 质量间隙事件均源自 Pop III。我们的结果可通过未来 GW 观测从以下两点检验。首先，我们的结果中不存在 $m_1=100$--$130$ $M_\odot$ 的双黑洞，因此 $m_1$ 分布应在 $m_1=100$--$130$ $M_\odot$ 范围内突然下降。其次，PI 质量间隙事件率应随红移升高至 $\sim 11$，因这些事件主要起源于 Pop III 双星。我们发现要重现当前 GW 观测需以下三个假设：Pop III 与 EMP 双星具有偏重的恒星初始质量函数与密近双星的存在，以及恒星演化主序阶段中低效的对流超射。若缺少上述任一条件，PI 质量间隙事件的数量将过低，无法重现当前 GW 观测。