通过引力波探测揭示紧凑二进制合并人群及其形成路径：以 Einstein Telescope 为例
高能天体物理现象
2025-12-22 v1 宇宙学与河外天体物理
广义相对论与量子宇宙学
摘要
地面引力波 (GW) 探测器已彻底改变我们对紧凑天体合并的看法，但其探测范围仍限制了对生成这些系统的过程进行全面重建的能力。只有下一代探测器，在灵敏度和低频率访问方面实现数量级的提升，才能实现对探测视野的根本性扩展。GW 观测将使得对 redshift 约为 处的二进制黑洞 (BBH) 合并人群的检测成为可能。这一能力将为宇宙时代的合并事件提供前所未有的图景，并 enable 对其质量和自转分布进行精确重建；对于 several thousand 个事件，信噪比将超过 100，使黑洞 (BH) 和中子星 (NS) 的精密物理学成为可能。低频率的访问也将打开中间质量窗口，探测约 的系统， potentially 与来自 LISA 的多带观测协同工作。在更高的 redshift 处，Population III 星迄今为止超出了即使是詹姆斯·韦伯太空望远镜的探测范围——但通过下一代探测器的 GW 观测将 routine 地提供关于这些原始恒星群体所认为的黑洞合并来源的观测。预计这些测量将在阐明超大质量黑洞的早期组装中发挥核心作用。一次 的二进制 BH 系统检测，或一次质量为亚标量且无引力波形变性的紧凑天体检测，都将是确证原始黑洞存在的强烈证据。此类发现将对我们对暗物质和早期宇宙的理解产生深远影响。最终，GW 观测将在识别负责紧凑二进制形成的物理通道方面成为革命性的。
引用
@article{arxiv.2512.17339,
title = {Uncovering the population of compact binary mergers and their formation pathways with gravitational waves through the Einstein Telescope},
author = {M. Arca-Sedda and I. Dvorkin and G. Franciolini and M. C. Artale and M. Branchesi and E. Bortolas and M. Colpi and V. De Luca and A. Ghosh and M. Maggiore and M. Mapelli and B. Mestichelli and M. Mezcua and S. Nissanke and L. Paiella and A. Riotto and F. Santoliquido and N. Tamanini and R. Schneider and C. Ugolini and M. P. Vaccaro and K. Yakut},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.17339},
year = {2025}
}
备注
4 pages. White paper submitted to the ESO Expanding Horizons Call on behalf of ET OSB Div3