将低红移LISA大质量黑洞并合与纳赫兹随机引力波背景联系起来
星系天体物理
2024-06-12 v1
摘要
全球的脉冲星计时阵列(PTA)实验最近报告了与缓慢旋进的大质量黑洞双星(MBHB)存在相容的纳赫兹随机引力波背景(sGWB)的证据。该信号的形状包含了关于z<1、质量大于10^8 M⊙的大质量黑洞演化的宝贵信息，表明MBHB向引力波驱动旋进的动力学演化比通常假设的更快，或者大质量黑洞的增长更大。在这项工作中，我们研究了纳赫兹sGWB是否也能对LISA可探测的较低质量MBHB（<10^7 M⊙）并合种群提供约束。为此，我们使用了应用于Millennium模拟套件的L-Galaxies半解析模型。我们通过纳入在有利环境中大质量黑洞可以超出爱丁顿极限吸积气体的可能性，生成了一个同时与当前电磁和纳赫兹sGWB约束相容的大质量黑洞种群。模型预测显示，与纳赫兹sGWB信号约小2倍的基准模型相比，LISA的全局（积分到高红移）探测率并未受到显著影响。两种情况下，全局探测率均约为每年12次，且主要由10^5-6 M⊙的系统主导。主要差异仅限于低红移(z<3)、高质量(>10^6 M⊙)的LISA MBHB。与最新PTA结果相容的模型预测的探测次数最多高出约1.6倍，探测率约为每年1次。我们发现这些LISA MBHB系统有50%的概率以大于10^43 erg/s的辐射光度闪耀。因此，如果PTA结果得到确认，并且基于当前的大质量黑洞建模，我们的发现表明，与之前预期相比，利用LISA MBHB进行多信使研究的机会更高。
引用
@article{arxiv.2401.10983,
title = {Connecting low-redshift LISA massive black hole mergers to the nHz stochastic gravitational wave background},
author = {David Izquierdo-Villalba and Alberto Sesana and Monica Colpi and Daniele Spinoso and Matteo Bonetti and Silvia Bonoli and Rosa Valiante},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.10983},
year = {2024}
}
备注
16 pages; Submitted to A&A