基于引力波透镜效应约束第三代引力波探测器的致密暗物质

自 LIGO-Virgo 探测到首个来自双黑洞(BBH)的引力波(GW)事件以来,GWs 已成为天体物理与宇宙学的有用探针。若致密暗物质(DM)天体(如原初黑洞)在宽泛质量范围内占据暗物质的重要组分,它们将对长波长的 GW 信号产生微引力透镜效应,这与天体物理天体电磁信号的透镜效应明显不同。本文中,我们应用来自 BBH 的 GW 透镜效应,针对第三代地基 GW 探测器 Cosmic Explorer 推导对致密 DM 丰度的约束。我们首先考虑贡献低红移与高红移 GW 源的两类 BBH 形成通道,包括天体物理起源 BBH 情景与原初起源 BBH 情景。其次,与光深方法相比,我们使用贝叶斯分析推导对致密 DM 丰度的约束,并考虑透镜的不同质量函数。对于包含 $1000$ 个已探测 BBH 的 GW 事件的零搜寻,我们发现致密 DM 丰度在质量范围 $\geq500~M_{\odot}$ 内可在 $68\%$ 置信水平下被约束至 $\lesssim0.1\%$。此外,若在 $100$ 个已探测 BBH 的 GW 事件中探测到一个被质量 $M_{\rm l}\in[100~M_{\odot},300~M_{\odot}]$ 的致密 DM 天体透镜化的 GW 事件,我们可通过贝叶斯分析推导该质量范围内致密 DM 丰度的估计为 $2.3\%$ 至 $25.2\%$。