利用下一代引力波天文台探测宇宙化学演化

通过观测宇宙边缘的双黑洞（BBH）合并，下一代（XG）地基引力波（GW）探测器（如宇宙探索者和爱因斯坦望远镜）将绘制出贯穿整个宇宙历史的BBH合并率。该合并率反映了其前身恒星的形成率与延迟时间分布的卷积。在理论动机的延迟时间分布先验下，我们展示了XG观测如何测量BBH前身体形成率，从而探测高达$z > 15$的恒星形成率（SFR）。然而，前身体形成率并不直接给出SFR的测量，而是给出SFR及其随红移变化的金属丰度分布的组合。幸运的是，BBH形成的金属丰度依赖性可能随BBH质量和/或形成通道而变化。我们发现，如果能识别出具有不同金属丰度偏好的不同BBH亚群，比较它们随红移变化的合并率可同时测量SFR及其金属丰度分布。在乐观的理论先验和一年观测下，这可能在峰值处提供$\sim10\%$的SFR测量，并在$z = 10$（$z = 15$）处分别提供0.2 dex（0.7 dex）的中位金属丰度测量，置信度为90%，尽管不确定度随BBH延迟时间和形成效率的理论不确定度而变化。