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Accès ouvert déclaré 2026 article

Characterizing Binary Black Hole Subpopulations in GWTC-4 with Binned Gaussian Processes: On the Origins of the 35 <i>M</i> <sub>⊙</sub> Peak

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Abstract Understanding the astrophysical origins of binary black holes requires accurate and flexible modeling of multidimensional population properties. In this Letter, using a data-driven framework based on binned Gaussian processes, we characterize the joint distribution of BBH primary masses, mass ratios, and effective inspiral spins. We identify three distinct subpopulations in the GWTC-4 sample of observations and investigate their astrophysical origins. We find that only one of the three subpopulations exhibits the 35 M ⊙ peak, which is characterized by a strong preference for equal mass systems and isotropic spin orientations. Our inferred distributions are consistent with a predominantly dynamical origin of this feature. By comparing with theoretical simulations, we further show that the subpopulation that exhibits the 35 M ⊙ peak can exclusively comprise dynamically assembled systems in globular clusters, specifically if black hole birth spins are in the range (0.1−0.2), whereas the other two subpopulations require substantial contributions from alternative formation channels. We constrain the lower bound on the merger rate of BBHs in globular clusters to be <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mn>0.6</mml:mn> <mml:msubsup> <mml:mn>9</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.33</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.23</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msup> <mml:mi>Gpc</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msup> <mml:mi>yr</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> , which is consistent with most theoretical predictions (that can range from 0.2 to 57 Gpc −3 yr −1 depending on modeling assumptions). We conclude that dynamical formation in globular clusters remains a strong candidate for the origin of this excess near 30−40 M ⊙ and that more data and targeted parametric models are necessary to rigorously establish this interpretation.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Characterizing Binary Black Hole Subpopulations in GWTC-4 with Binned Gaussian Processes: On the Origins of the 35 <i>M</i> <sub>⊙</sub> Peak
Date Crossref
03/07/2026
Éditeur
American Astronomical Society
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude et ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

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