Recent observations of globular clusters (GCs) provide evidence that the stellar initial mass function (IMF) may not be universal, suggesting specifically that the IMF grows increasingly top-heavy with decreasing metallicity and increasing gas density. Noncanonical IMFs can greatly affect the evolution of GCs, mainly because the high end determines how many black holes (BHs) form. Here we compute a new set of GC models, varying the IMF within observational uncertainties. We find that GCs with top-heavy IMFs lose most of their mass within a few gigayears through stellar winds and tidal stripping. Heating of the cluster through BH mass segregation greatly enhances this process. We show that, as they approach complete dissolution, GCs with top-heavy IMFs can evolve into “dark clusters” consisting of mostly BHs by mass. In addition to producing more BHs, GCs with top-heavy IMFs also produce many more binary BH (BBH) mergers. Even though these clusters are short-lived, mergers of ejected BBHs continue at a rate comparable to, or greater than, what is found for long-lived GCs with canonical IMFs. Therefore, these clusters, though they are no longer visible today, could still contribute significantly to the local BBH merger rate detectable by LIGO/Virgo, especially for sources with higher component masses well into the BH mass gap. We also report that one of our GC models with a top-heavy IMF produces dozens of intermediate-mass black holes (IMBHs) with masses , including one with . Ultimately, additional gravitational wave observations will provide strong constraints on the stellar IMF in old GCs and the formation of IMBHs at high redshift.

最近对球状星团 (GC) 的观察提供了证据，表明恒星初始质量函数 (IMF) 可能不具有普遍性，特别表明 IMF 随着金属丰度的降低和气体密度的增加而变得越来越重。非规范 IMF 可以极大地影响 GC 的演化，主要是因为高端决定了形成多少个黑洞 (BH)。在这里，我们计算了一组新的 GC 模型，在观测不确定性内改变 IMF。我们发现具有头重脚轻的 IMF 的 GC 在几千兆年内通过恒星风和潮汐剥离失去了大部分质量。通过 BH 质量分离加热团簇大大增强了这个过程。我们表明，当它们接近完全溶解时，具有头重脚轻 IMF 的 GC 可以演变成“暗星团”，主要由质量上的 BH 组成。除了产生更多的 BH 之外，具有头重脚轻的 IMF 的 GC 还会产生更多的二元 BH (BBH) 合并。尽管这些星团是短暂的，但喷射出的 BBH 的合并继续以与具有规范 IMF 的长寿命 GC 所发现的速度相当或更高的速度进行。因此，这些星团虽然今天不再可见，但仍然可以对 LIGO/Virgo 检测到的局部 BBH 合并率做出重大贡献，特别是对于进入 BH 质量间隙的具有较高分量质量的源。我们还报告说，我们的一个带有头重脚 IMF 的 GC 模型产生了数十个中等质量的黑洞 (IMBH) 对于具有规范 IMF 的长寿命 GC 所发现的内容。因此，这些星团虽然今天不再可见，但仍可能对 LIGO/Virgo 可检测到的局部 BBH 合并率做出重大贡献，尤其是对于在 BH 质量间隙中具有较高分量质量的源。我们还报告说，我们的一个带有头重脚 IMF 的 GC 模型产生了数十个中等质量的黑洞 (IMBH) 对于具有规范 IMF 的长寿命 GC 所发现的内容。因此，这些星团虽然今天不再可见，但仍可能对 LIGO/Virgo 可检测到的局部 BBH 合并率做出重大贡献，尤其是对于在 BH 质量间隙中具有较高分量质量的源。我们还报告说，我们的一个带有头重脚 IMF 的 GC 模型产生了数十个中等质量的黑洞 (IMBH)，包括一个带有. 最终，额外的引力波观测将对旧 GC 中的恒星 IMF 和高红移下 IMBH 的形成提供强有力的约束。