用第三代引力波探测器探测紧致双星的多个族群

第三代（3G）引力波（GW）探测器将能观测到红移高达 $\sim 30$ 的双黑洞并合（BBHs）。这提供了对宇宙历史中 BBH 形成与演化的空前探测。在本文中我们考虑源自不同演化通道的 BBH 三个子族群：星系场中的孤立形成、球状星团中的动力学形成，以及极高红移处第三星族（Pop III）恒星形成的黑洞之并合。利用族群合成分析的输入，我们创建了由两台宇宙探险者与一台爱因斯坦望远镜组成的 3G 探测器网络的两个月模拟数据，包含 $\sim16000$ 个场与星团 BBH 以及 $\sim400$ 个 Pop III BBH。首先，我们展示如何使用非参数模型推断并合率分布中主峰与次峰的存在及特征。特别地，源于 Pop III 残骸并合、位于 $z\approx 12$ 附近的次峰的位置与高度可被约束在 $\mathcal{O}(10\%)$ 水平。随后我们执行建模分析，使用三个子族群并合率的唯象模板，提取各形成通道的分支比与并合率密度的特征参数。借由该建模方法，对 Pop III BBH fraction 测量的不确定度可改进至 $\lesssim 10\%$，而场与星团 BBH 间之比则可被以 $\sim 50\%$ 的不确定度测量。