关于 GWTC-2 双黑洞系统及其前身星的质量函数

LIGO 黑洞双星（BBH）的分布显示出一个中等质量区间，与核坍缩超新星形成黑洞过程中由 Salpeter 初始质量函数（IMF）所给出、且保持双星关联的情况一致。它们可由平均质量 $\mu$ 有效参数化，其中次星对主星质量的 Pearson 相关系数 $r = 0.93\,\pm\,0.06$，平均质量比 $\bar{q}\simeq 0.67$，$q=M_2/M_1$，这与中等质量 X 射线双星的稀缺性一致。LIGO BBH 的质量函数可由一段截断幂律很好地近似，并在 $\mu\gtrsim 31.4M_\odot$ 处带有尾端{于平均双星质量 $\mu=\left(M_1+M_2\right)/2$ 中}。由观测质量函数尾端推断出的幂律指数 $\alpha_{B,true}=4.77\pm 0.73$ 趋近于非关联双星初始质量函数的上限 $2\alpha_S=4.7$，该上限由恒星初始质量函数的 Salpeter 指数 $\alpha_S=2.35$ 定义。观测到的 BBH 质量比 $q$ 的低散射证明了 BBH 形成前双星演化中的均化质量转移。此外，在前身星红移 $z^\prime$ 处，幂律指数在平坦 $\Lambda$CDM 背景宇宙学下满足 $\alpha_B^\prime>\alpha_B$。此处界限 $\alpha_{B,true}^\prime \lesssim 2\alpha_S$ 排除了在任意高红移 $z^\prime \gg1$ 处的早期形成，而随着即将到来的 LIGO O4-5 观测所开展的扩展 BBH 巡天，这一点可变得更加精确与稳健。