探测来自星族 III 致密天体双星引力波的可能性
摘要
我们研究了宇宙中第一批不含金属的恒星（星族 III）产生的双黑洞 (BH-BH) 并合对引力波探测率的贡献。我们的研究结合了基于双星形成 N 体模拟的星族 III 恒星形成初始条件（包括并合率、双星比例、初始质量函数、轨道间距和偏心率分布）与专门针对星族 III 恒星更新的恒星演化模型。我们发现这些星族 III BH-BH 系统的并合率在低红移 (z<2) 处相对较小 (< 0.1 Gpc^-3 yr^-1)，可与 LIGO 的经验估计值 9-240 Gpc^-3 yr^-1 (Abbott et al. 2016) 相比较。对于星族 III 双中子星和黑洞-中子星并合，预测的并合率甚至更小。我们的并合率与 Hartwig et al. (2016) 的结果一致，但显著小于先前工作中的发现 (Bond & Carr 1984; Belczynski et al. 2004; Kinugawa et al. 2014, 2016)。我们通过详细的模型比较解释了这种差异的原因，并指出 (i) 先进的 LIGO 可能无法证认星族 III BH-BH 并合，以及 (ii) 来自星族 III 并合的随机引力波背景水平可能低于最近的估计 (Kowalska et al. 2012; Inayoshi et al. 2016; Dvorkin et al. 2016)。我们进一步估计了第三代干涉探测器的引力波探测率。我们的计算适用于低到中等自转的星族 III 恒星。我们现在可以排除这些恒星对低红移 BH-BH 并合的重大贡献（> 1%）。然而，快速自转的星族 III 恒星（均匀演化）是否（以及在何种程度上）能够对本地宇宙中的 BH-BH 并合做出贡献，仍有待检验。
引用
@article{arxiv.1612.01524,
title = {On the likelihood of detecting gravitational waves from Population III compact object binaries},
author = {K. Belczynski and T. Ryu and R. Perna and E. Berti and T. L. Tanaka and T. Bulik},
journal= {arXiv preprint arXiv:1612.01524},
year = {2017}
}
备注
submitted to MNRAS, comments welcome