年轻星团中的黑洞并合

寻找表征双黑洞（BBH）不同形成通道的显著特征，是解释当前与未来引力波探测的关键一步。在此，我们研究年轻星团（SC）中并合 BBH 的人口统计，年轻星团是大质量恒星的摇篮。我们进行了 $4\times{} 10^3$ 次 SC 的 N 体模拟，金属丰度 $Z=0.002$、初始双星比例 $0.4$ 且为分形初始条件，以模拟恒星形成区的团块性。我们的模拟包含基于 MOBSE 代码的新型种群合成方法。我们发现 SC 动力学并未显著影响并合率，但在并合 BBH 的性质上留下强烈印记。年轻 SC 中超过 50% 的并合 BBH 在前几 Myr 内通过动力学交换形成。动力学形成的并合 BBH 显著重于孤立双星中的并合 BBH：年轻 SC 中形成总质量高达 $\sim{}120$ M$_\odot$ 的并合 BBH，而同金属丰度下孤立双星中并合 BBH 的最大总质量仅 $\sim{}70$ M$_\odot$。通过动力学交换诞生的并合 BBH 往往比孤立双星中的 BBH 具有更小的质量比。此外，SC 动力学加速了并合：在年轻 SC 中，恒星形成与并合之间的延迟时间显著更短。在我们的模拟中，诸如 GW170729 的大质量系统仅通过动力学交换形成。最后，年轻 SC 中约 $\sim{}2$% 的并合 BBH 质量处于对不稳定性质量间隙（$\sim{}60-120$ M$_\odot$）内。这代表了 SC 中并合 BBH 的独特指纹。