利用LIGO与Virgo观测中等质量黑洞及恒星级质量上限间隙

利用地基引力波探测器，我们探测中等质量黑洞（IMBH）的质量函数，其中也包含位于上限质量间隙 $\sim 60-130~M_\odot$ 的黑洞（BH）。采用即将到来的LIGO与Virgo第四次观测（O4）运行的预期灵敏度，我们对准圆非进动、自旋的IMBH双星（IMBHB）进行贝叶斯分析，其总质量 $50\mbox{--} 500\, M_\odot$、质量比1.25、4和10、无量纲自旋最高达0.95，并估计源帧参数可被测量的精度。我们发现，在 $2\sigma$ 下，IMBHB中较重组分的质量可在信噪比20时以 $\sim 10-40\%$ 的不确定性被约束。聚焦于恒星级质量间隙，利用新编制的 $^{12}\text{C}(\alpha, \gamma)^{16} \text{O}$ 反应速率及其不确定性，我们使用 \MESA\ 演化大质量氦核星，确立质量间隙的下界与上界分别为 $\simeq$\,59$^{+34}_{-13}$\,$M_{\odot}$ 与 $\simeq$\,139$^{+30}_{-14}$\,$M_{\odot}$，其中误差棒由 $^{12}\text{C}(\alpha, \gamma) ^{16} \text{O}$ 核反应速率的 $\pm 3\sigma$ 不确定性所致。我们发现，高分辨率的表格化反应速率与精细时间分辨率是分辨黑洞质量谱峰值所必需的。随后我们研究组分位于质量间隙中的IMBHB，表明O4运行将能稳健地识别多数此类系统。最后，我们用最先进的aligned-spin波形模型重新分析GW190521，发现其主星质量以90%可信度位于质量间隙内。