双星黑洞并合率的红移演化：一个重量级问题

引力波探测器正开始揭示双星黑洞（BBH）并合率 $R_{\mathrm{BBH}}(z)$ 的红移演化。我们对源自孤立双星系统的 $R_{\mathrm{BBH}}(z)$ 作为黑洞质量的函数作出预测。为此，我们通过双星种群合成模拟套件 COMPAS 研究延迟时间与黑洞质量间关联。我们区分两通道：公共包层（CE）与稳定洛希瓣溢流（RLOF）通道，以系统是否经历公共包层刻画。我们发现 CE 通道优先产生质量低于约 $30\rm{M}_{\odot}$、短延迟时间（$t_{\rm delay} \lesssim 1$Gyr）的 BH，而稳定 RLOF 通道主要形成 BH 质量高于 $30\rm{M}_{\odot}$、长延迟时间（$t_{\rm delay} \gtrsim 1$Gyr）的系统。我们基于 Illustris TNG 模拟给出金属度特异恒星形成率密度的新拟合，并用以将延迟时间分布转为 $R_{\mathrm{BBH}}(z)$ 预测。这导致高与低主 BH 质量的 $R_{\mathrm{BBH}}(z)$ 有迥异红移演化。我们进一步发现，高红移处 $R_{\mathrm{BBH}}(z)$ 由 CE 通道主导，低红移处含稳定 RLOF 通道大贡献（约 40%）。我们的结果预言，随红移增大，组分质量高于 $30\rm{M}_{\odot}$ 的 BBH 相对较轻 BBH 系统将愈发稀少。此不同 BH 质量下 $R_{\mathrm{BBH}}(z)$ 的迥异演化可由未来探测器检验。