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中心星团星系:黑洞合并可探测引力波的热点

星系天体物理 2025-07-02 v2 宇宙学与河外天体物理

摘要

在脉冲计数组(PTA)确认低频引力波背景(GWB)证据后,连续引力波(CW)将成为下一步期待的引力波(GW)信号。本文基于 ASTRID 宇宙模拟中的超大质量黑洞(MBH)合并人口,构建可被 PTA 检测的 CW 来源模型。我们演化 MBH 二元体、模拟其 GW 辐射并计算其检测概率(DP)。最可被检测的 CW 来源由质量大于 101010^{10} 太阳质量的 MBH 合并产生,位于最低频率区间 f<10f<10 nHz。值得注意的是,这些合并发生在拥有星际质量大于 101210^{12} 太阳质量的大质量星系中心,即星团中心。尤其值得注意的是,ASTRID 模拟中出现一场三连环合并事件,即两个连续发生在同一星团核心内 500 百万年内的合并,产生约为 ~2nHz 和 ~10nHz 的高 DP CW 信号。我们还探讨了这些事件相关的电磁(EM)信号标志:大质量宿主星系中单源或双源活跃星系核(AGN),正在进行星际形成。该研究为低频 GW 天空提供了新视角,指导未来针对 PTA CW 来源的多信使搜索。

关键词

引用

@article{arxiv.2502.01845,
  title  = {Central Cluster Galaxies: A Hotspot for Detectable Gravitational Waves from Black Hole Mergers},
  author = {Yihao Zhou and Tiziana Di Matteo and Nianyi Chen and Luke Zoltan Kelley and Laura Blecha and Yueying Ni and Simeon Bird and Yanhui Yang and Rupert Croft},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2502.01845},
  year   = {2025}
}

备注

11 pages, 5 figures, 1 table. Accepted by ApJL