重构 LIGO-Virgo 黑洞的谱系

我们提出了一种贝叶斯推断框架，用于预测 LIGO-Virgo 双黑洞的并合历史，其双星组分可能在过去经历过层级并合。该框架依赖于数值相对论对残余黑洞的质量、自旋和反冲速度的预测。在给定双星组分的初始质量和自旋大小的情况下，所提出的框架可计算出母双星残余物所获得的质量、自旋和反冲。我们通过基于构建的层级形成双星序列进行“注入研究”来验证该方法。在序列的最终双星中加入噪声，随后重构并合链中“母代”和“祖代”双星的参数。然后将该方法应用于三个 GWTC-3 事件：GW190521、GW200220_061928 和 GW190426_190642。选择这些事件是因为至少有一个双星伴星位于假定的对不稳定性超新星质量间隙内，在该间隙内仅靠恒星过程无法产生黑洞。层级并合为对不稳定性质量间隙内黑洞的形成提供了一种自然解释。我们使用向后演化框架来预测这三个双星主伴星的母代参数。例如，在 90% 置信区间内，GW190521 的母双星质量分别为 $72_{-22}^{+32}M_{\odot}$ 和 $31_{-23}^{+24}M_{\odot}$。逃逸速度 $\geq100{\rm \, km \, s^{-1}}$ 的天体物理环境是发生这些事件的首选场所。我们的方法可直接应用于未来的高质量引力波事件，以在层级并合假设下预测其形成历史。