基于宇宙学模拟的超大质量双黑洞纳米赫兹引力波背景的各向异性与源聚类
宇宙学与河外天体物理
2025-09-04 v3 广义相对论与量子宇宙学
摘要
多个脉冲星计时阵列（PTA）组最近声称探测到了纳米赫兹引力波背景（GWB），但该引力波（GW）信号的起源仍不清楚。由超大质量双黑洞（SMBBHs）产生的纳米赫兹GW是PTA波段最重要的GW源之一。利用宇宙学模拟数据，我们生成了多个模拟可观测宇宙的实现，这些实现自洽地包含了宇宙大尺度结构，从而能够对SMBBH群体及其GW特征进行稳健的统计分析。我们系统地研究了合并事件分布以及在不同硬化时间尺度下产生的GWB信号的各向同性和各向异性特性。具体而言，我们计算了GWB信号的特征振幅，以及考虑不同实现中的宇宙方差后，总能量密度和不同频率区间内能量密度的角功率谱。我们还研究了SMBBH位置分布的聚类模式，以检验它们是否能够再现星系的大尺度结构。此外，针对即将到来的中国脉冲星计时阵列（CPTA）和平方公里阵列（SKA）-PTA，我们预测了可能以SNR>8探测到的可分辨单个GW源的数量和信噪比（SNR）分布。最后，我们研究了弱透镜效应的影响，发现其对GWB信号和单个源的基本特征的影响相当有限。
引用
@article{arxiv.2408.05043,
title = {Anisotropy of Nanohertz Gravitational Wave Background and Source Clustering from Supermassive Binary Black Holes Based on Cosmological Simulation},
author = {Qing Yang and Xiao Guo and Zhoujian Cao and Xiaoyun Shao and Xi Yuan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.05043},
year = {2025}
}
备注
23 pages,19 figures