质量最大的双黑洞探测与种群离群值识别

先进 LIGO 与 Virgo 在前两次观测运行(O1 与 O2)中探测到十个双黑洞(BBH)。对这些事件的分析发现了 BBH 成分质量大于 $\sim45 \ M_\odot$ 匮乏的强证据，正如由成对不稳定性质量间隙所预期的那样。与此同时，对并合事件 GW170729 的独立分析发现其主星质量 $m_1 = {51.2^{+16.2}_{-11.0} \ M_\odot}$，其后验支持的大部分位于 $m_1 > 45 \ M_\odot$。尽管这看似与 $\sim45\ M_\odot$ 处存在上限相矛盾，我们认为若无整体种群参照则无法评估单个事件。当 GW170729 与其余探测联合分析、作为完整层级种群分析的一部分时，其推断的主星质量显著收紧至 $m_1 = {38.9^{+7.3}_{-4.5} \ M_\odot}$。对于噪声存在下的大样本事件，即便底层种群禁止离群值，探测分布中表观离群值也不可避免。我们讨论利用后验预测检验区分统计涨落与种群离群值的方法。将这些检验应用于 O1 与 O2 的主星质量分布，我们发现十个探测甚至与 LVC 考虑的最简单幂律加最大质量模型一致。这支持 GW170729 并非种群离群值的论断。我们还给出了高质量并合率的非参数约束，并保守地将 $m_1 > 45 \ M_\odot$ 的并合率限定为总并合率的 $2.8^{+5.4}_{-2.0}\%$。在来自最大主星质量 $45 \, M_\odot$ 种群的、100 个类似 O1 与 O2 的探测之后，最质量大系统具有观测最大似然质量 $m_1 \gtrsim 70 \, M_\odot$ 将是常见的。