自旋诊断：如何识别层级并合起源

引力波观测为研究黑洞形成通道和历史提供了独特的机会——但前提是我们能够识别其起源。其中一种形成机制是致密恒星系统中黑洞双星的动力学合成。鉴于无气体动力学环境中双黑洞分量自旋的预期各向同性分布，相对于轨道角动量的反排列或面内自旋的存在被认为是并合动力学起源的明确标志。即使在黑洞诞生自旋较低的情况下，层级并合也会因先前并合的轨道角动量而获得较大的分量自旋。然而，测量此类自旋构型是困难的。在这里，我们量化了编码对齐自旋（$\chi_{\rm eff}$）和面内自旋（$\chi_{\rm p}$）的自旋参数在分类此类层级系统方面的有效性。利用蒙特卡洛星团模拟生成来自球状星团的层级并合参数的真实分布，我们可以推断并合的$\chi_{\rm eff}$和$\chi_{\rm p}$。星团群体使用探测器网络第三个观测时期的Advanced LIGO-Virgo灵敏度以及设计灵敏度的投影进行模拟。使用基于“似然比”的统计量，我们发现当前引力波探测器网络恢复的群体中约有$2\%$具有统计显著的$\chi_{\rm p}$测量值，而在当前探测器灵敏度下，没有任何$\chi_{\rm eff}$测量能够可靠地确定系统与轨道角动量反排列。这些结果表明，通过$\chi_{\rm p}$测量自旋进动是层级并合和动力学起源比反排列自旋更可检测的特征。