理解并合双黑洞的前身形成星系

随着近一百次引力波探测，黑洞并合的起源已成为一个关键问题。本文聚焦于理解双黑洞并合所产生的典型星系环境。为此，我们综合了 $240$ 个恒星形成与双星演化模型中，作为前身形成红移、现今形成星系质量以及前身恒星金属丰度函数的双黑洞并合前身。我们提供了推断形成星系性质与形成时间的指导，强调了恒星形成率与由双星形成并合双黑洞的效率之间的相互作用，二者均强烈依赖于金属丰度。我们发现，跨模型来看，超过 50% 的 BBH 并合具有十分之几太阳金属丰度的前身金属丰度，然而推断形成星系性质强烈依赖于双星演化模型与全局金属丰度演化。众多低质量黑洞（$\mathrm{\lesssim 15\,M_{\odot}}$）示踪了重于银河系（$M_\mathrm{Gal}$ $\mathrm{\gtrsim 10^{10.5}\,M_{\odot}}$）星系中的大部分恒星形成。相反，较重的 BBH 并合通常源自于低金属丰度矮星系（$M_\mathrm{Gal}$ $\mathrm{\lesssim 10^{9}\,M_{\odot}}$）中形成的较大黑洞。我们发现可探测双黑洞的前身往往来自较低形成红移（$\lesssim \, 1$）的矮星系。我们还对任意探测到的引力波信号给出了前身环境的后验概率。对于质量较大的 GW150914 并合，我们表明其很可能来自极低金属丰度（$Z$ $\mathrm{\lesssim}\,0.025\,\mathrm{Z_{\odot}}$）环境。