[论文解读] The coalescence rates of double black holes
本文利用群体合成模型和实测观测，研究双黑洞（BH-BH）双星的并合率，发现BH-BH系统是最具前景的引力波源。在混合金属度的本地宇宙中，预测其并合率为42.9 Myr⁻¹，LIGO/Virgo的探测率约为每年5次，实测数据来自IC10 X-1和NGC300 X-1，支持并合率为0.36⁺⁰.⁵⁰₋₀.²⁶ Mpc⁻³ Myr⁻¹。
We present the summary of the recent investigations of double black hole binaries in context of their formation and merger rates. In particular we discuss the spectrum of black hole masses, the formation scenarios in the local Universe and the estimates of detection rates for gravitational radiation detectors like LIGO and VIRGO. Our study is based on observed properties of known Galactic and extra-galactic stellar mass black holes and evolutionary predictions. We argue that the binary black holes are the most promising source of gravitational radiation.
研究动机与目标
- 利用更新的恒星演化模型估算本地宇宙中双黑洞双星的并合率。
- 评估金属度和公共包层演化对黑洞-黑洞形成及并合率的影响。
- 将理论预测与来自X射线双星IC10 X-1和NGC300 X-1的实测数据进行比较。
- 在不同灵敏度假设下，评估LIGO/Virgo探测黑洞-黑洞并合事件的能力。
- 调和理论并合率与河外黑洞双星的观测约束。
提出的方法
- 使用StarTrack群体合成代码模拟了200万颗大质量双星，在不同金属度下进行。
- 整合了更新的恒星物理模型，包括超新星模拟、致密天体形成以及产生30–80 M☉黑洞的质量损失率。
- 通过两种极端假设建模公共包层演化：乐观看法（A，无抑制）和悲观看法（B，通过赫罗图间隙恒星抑制）。
- 在假设银河系中为100%太阳金属度或10%太阳金属度，以及基于斯隆数字巡天数据的50–50混合金属度下，计算银河系并合率。
- 利用可观测体积和X射线活跃期持续时间，从观测到的X射线双星IC10 X-1和NGC300 X-1估算实测并合率。
- 通过灵敏距离（例如初始LIGO为18 Mpc）将并合率密度转换为LIGO/Virgo探测率。
实验结果
研究问题
- RQ1在具有混合金属度环境的银河系类星系中，双黑洞双星的预期并合率是多少？
- RQ2乐观看法与悲观看法的公共包层演化模型如何影响BH-BH系统的预测形成率？
- RQ3降低金属度如何影响双黑洞双星的存活率与并合率？
- RQ4从观测到的X射线双星如IC10 X-1和NGC300 X-1中，推断出的BH-BH双星并合率是多少？
- RQ5在考虑LIGO/Virgo灵敏度限制的前提下，理论预测与预期探测率如何比较？
主要发现
- 在混合金属度的本地宇宙中（50%太阳金属度，50% 10%太阳金属度），预测的银河系BH-BH双星并合率为42.9 Myr⁻¹。
- 乐观看法的公共包层模型（A）在0.1 Z☉下产生84.2 Myr⁻¹的BH-BH并合率，而悲观看法模型（B）将其降低至6.1 Myr⁻¹。
- 对于灵敏距离为18 Mpc的LIGO/Virgo，基于现实的50–50金属度混合，BH-BH双星的探测率为4.9 yr⁻¹。
- 对IC10 X-1和NGC300 X-1的实测分析得出并合率密度为0.36⁺⁰.⁵⁰₋₀.²⁶ Mpc⁻³ Myr⁻¹，对应于在100 Mpc范围内约每年一次探测。
- 理论与实测估计高度一致，均表明BH-BH双星是双致密天体中主导的引力波源。
- 由于平均灵敏度较低（d₀,nsns ≈ 9 Mpc），乐观看法模型（A）目前尚无法被LIGO/Virgo数据排除，这使得预期探测率降低了8倍。
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本解读由 AI 生成，并经人工编辑审核。