双超大质量黑洞环境削弱脉冲星计时频段的引力波信号

我们评估了超大质量黑洞 (SMBH) 环境对双超大质量黑洞引力波 (GW) 信号的影响。迄今为止，利用脉冲星计时阵列在 $\sim1-100$\,nHz 频段搜索来自双超大质量黑洞的引力波时，均假设所有双星轨道为圆形且仅通过引力波辐射演化。然而，动力学研究表明，双超大质量黑洞轨道衰减至引力波辐射主导演化的分离距离的唯一途径是与其环境发生相互作用。我们在现有的星系和超大质量黑洞形成与演化模型基础上，增加了双超大质量黑洞在恒星环境中演化的计算，并考虑了非零的双星偏心率。我们发现，双星与其环境的耦合导致预期的引力波谱能量分布相较于标准的圆形、引力波驱动双星假设有所降低，这一效应存在于高达 $\sim20$\,nHz 的频率范围内。双星形成时较大的偏心率会进一步降低该频段内的信号。我们还发现，利用当前的脉冲星计时阵列不太可能探测到来自单个偏心双超大质量黑洞的引力波爆发。由于超大质量黑洞 - 星系比例关系和星系恒星质量函数的观测不确定性、双星 - 环境耦合性质的不确定性，以及最大质量双超大质量黑洞数量的不确定性，这些预测存在较大误差。然而，我们得出结论：利用脉冲星计时阵列探测来自双超大质量黑洞的低频引力波可能比目前认为的更为困难。