Astrophysical scenarios for the formation and evolution of intermediate-mass black holes (IMBHs) in the mass range 102⁢𝑀⊙≲𝑀≲106⁢𝑀⊙ remain uncertain, but future ground-based gravitational-wave (GW) interferometers will probe the lower end of the IMBH mass range. We study the detectability of IMBH binary mergers and the measurability of their parameters with next-generation ground-based detector networks consisting of various combinations of Cosmic Explorer (CE) and Einstein Telescope (ET) interferometers. We find that, for binaries with component masses 𝑚1,2∼1000⁢𝑀⊙, an optimal 3-detector network can constrain the masses with errors ≲0.1% (≲1%) at 𝑧=0.5 (𝑧=2), and the source redshift can be measured with percent-level accuracy or better at 𝑧≲2. The redshift of lighter binaries (𝑚1,2≲300⁢𝑀⊙) can still be measured with 𝒪⁡(10)% accuracy even at 𝑧=10. Binaries with 𝑧≲0.5 can be localized within 1  deg2 for 𝑚1,2≲1000⁢𝑀⊙, and within 0.1  deg2 for comparable mass systems. The sky localization is good enough that it may be possible to cross-correlate GW searches with galaxy catalogs and to search for electromagnetic counterparts to IMBH mergers. We also point out that the low-frequency sensitivity of the detectors is crucial for IMBH detection and parameter estimation. It will be interesting to use our results in conjunction with population synthesis codes to constrain astrophysical IMBH formation models.

中文翻译：

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使用下一代地基探测器网络进行中等质量黑洞二进制参数估计


质量范围为 102M⊙≲M≲106M⊙ 的中等质量黑洞 （IMBH） 的形成和演化的天体物理情景仍不确定，但未来的地基引力波 （GW） 干涉仪将探测 IMBH 质量范围的下限。我们研究了 IMBH 二元合并的可探测性及其参数的可测量性，并使用由宇宙探测器 （CE） 和爱因斯坦望远镜 （ET） 干涉仪的各种组合组成的下一代地面探测器网络。我们发现，对于分量质量为 m1,2∼1000M⊙ 的二进制，最优的 3 探测器网络可以约束在 z=0.5 （z=2） 处误差为 ≲0.1% （≲1%） 的质量，并且在 z≲2 处可以以百分比级精度或更好的精度测量源红移。即使在 z=10 时，较轻的双星 （m1,2≲300M⊙） 的红移仍然可以以 O（10）% 的精度进行测量。对于 m1,2≲1000M⊙，z≲0.5 的二进制可以定位在 1 deg2 以内，对于类似的质量系统，可以定位在 0.1 deg2 以内。天空定位足够好，可以将 GW 搜索与星系目录进行交叉关联，并搜索 IMBH 合并的电磁对应物。我们还指出，探测器的低频灵敏度对于 IMBH 检测和参数估计至关重要。将我们的结果与种群合成代码结合使用来限制天体物理学 IMBH 形成模型将很有趣。