LIGO-Virgo双黑洞的时间延迟分布与形成金属丰度

我们利用LIGO-Virgo引力波瞬态目录GWTC-2，首次推导了双黑洞(BBH)并合的时间延迟分布约束。假设前身星形成率遵循恒星形成率(SFR)，数据倾向于表明$43$--$100\%$的并合具有小于4.5 Gyr的延迟时间（90%可信度）。采用金属丰度演化模型，我们推导了BBH形成效率的金属丰度依赖关系以及形成与并合之间时间延迟分布的联合约束。无论假设何种金属丰度依赖，短延迟时间均被偏好，尽管当我们考虑更严格的BBH形成低金属丰度阈值时，对短延迟的偏好减弱。对于$p(\tau) \propto \tau^{-1}$的时间延迟分布以及遵循SFR且无金属丰度依赖的前身星形成率，我们发现$\tau_\mathrm{min}<2.2$ Gyr，而若仅考虑低金属丰度$Z < 0.3\,Z_\odot$的SFR，则$\tau_\mathrm{min} < 3.0$ Gyr（90%可信度）。或者，如果我们假设长延迟时间，则前身星形成率必须在比SFR更高的红移处达到峰值。例如，对于$\tau_\mathrm{min} = 4$ Gyr的$p(\tau) \propto \tau^{-1}$时间延迟分布，推断的前身星率峰值在$z > 3.9$（90%可信度）。最后，我们探讨了推断的形成率和时间延迟分布是否随BBH质量变化。