基于类星体的超大质量黑洞双星族群模型：对引力波背景的启示

纳赫兹引力波背景（GWB）被认为主要由超大质量黑洞双星（SMBHBs）的引力波辐射主导。对若干双活动星系核（AGN）的观测强烈表明 AGN 与 SMBHBs 之间存在联系，因为这些双 AGN 系统最终会形成束缚双星对。在此，我们开发了一个基于经验约束的类星体族群的探索性 SMBHB 族群模型，使我们能够将 GWB 振幅分解为 SMBH 质量的底分布、SMBHB 数密度以及包围 GWB 的体积。我们的方法还允许我们从 GWB 振幅自洽地预测本地 SMBHB 系统的数量。有趣的是，我们发现 NANOGrav 12.5 年数据集中共过程信号所暗示的 SMBHB 本地数密度大约是先前其他模型预测值的五倍。我们还发现最多约 $\sim 25\%$ 的 SMBHB 可以与类星体相关联。此外，我们基于类星体的方法预测 $\gtrsim 95\%$ 的 GWB 信号来自 $z \lesssim 2.5$，且对 GWB 有贡献的 SMBHB 具有 $\gtrsim 10^8 M_\odot$ 的质量。我们还探讨了不同的经验星系-黑洞标度关系如何影响引力波源的本地数密度，并发现预测更大质量黑洞的关系会降低 SMBHB 的本地数密度。总体而言，我们的结果表明 GWB 测量在直接约束 SMBHB 宇宙族群及其与类星体和星系并合的联系中将发挥重要作用。