LIGO/Virgo的大质量黑洞并合发生于何时？

我们研究了双星黑洞(BBH)质量分布随宇宙时间的演化。LIGO/Virgo的第二个引力波瞬变源目录(GWTC-2)包含了红移达$z \sim 1$的BBH事件，其组分质量在$\sim5$--$80\,M_\odot$范围内。在该目录中，最大的黑洞($m_1 \gtrsim 45\,M_\odot$)仅出现在最高红移处，即$z \gtrsim 0.4$。我们探讨低红移处缺少高质量BBH观测是否表明天体物理的BBH质量分布存在演化：最大的BBH仅在高中红移并合，而在低红移停止并合。或者，这一特征也可由引力波选择效应解释。将BBH主星质量谱建模为带尖锐最大质量截断的幂律(截断模型)，我们发现截断随红移增大(可信度>99.9%)。(脉动)对不稳定超新星模拟预期质量谱中存在突变截断；然而，GWTC-2仅在与截断质量模型一致时，若截断位置从$z < 0.4$时的$45^{+13}_{-5}\,M_\odot$增大到$z > 0.4$时的$80^{+16}_{-13}\,M_\odot$。或者，若主星质量谱在${38^{+15}_{-8}\,M_\odot}$处存在幂律转折(断裂幂律)而非尖锐截断，则数据与无演化的质量分布一致。在此情形下，所有质量的并合总率随红移增大而增大。未来的观测将明确区分随红移演化的尖锐最大质量截断与无演化的、逐渐变细的质量分布(如断裂幂律)。在约100次BBH并合观测之后，若仍持续缺少高质量、低红移事件，将清晰表明质量分布随红移演化。