纳赫兹引力波背景中的宇宙方差

我们使用大尺度 N 体模拟以及暗物质晕、星系与超大质量黑洞之间的经验标度关系，来估计超大质量黑洞双星的形成率及其产生的低频随机引力波背景（GWB）。我们发现该 GWB 对宇宙学参数相对不敏感（$\lesssim10\%$），在 WMAP5 和 Planck 宇宙学之间仅有微小变化。我们发现天体物理标度关系的不确定性使 GWB 的振幅改变了约 $\sim 2$ 倍。当前的观测极限已经对该预测的模型范围构成了约束。我们研究了随机生成的超大质量黑洞群体中 GWB 振幅的泊松方差，发现在 10 nHz 以下每个频率箱内的弥散约为 1 的量级，并在接近 100 nHz 时增大至 $\sim 10$ 倍。该方差是主导信号的最质量双星极为罕见的结果，并构成了对底层幂律谱振幅的基本不确定性。该泊松不确定性在 $\gtrsim 20$ nHz 时占主导，而在较低频率处，主导不确定性与我们对其天体物理标度关系缺乏了解有关，尽管在极低频率处可能由与最终秒差距问题及驱动双星进入引力波主导区过程相关的不确定性所主导。在所有频率上，宇宙学效应均可忽略不计。