多波段引力波天文学中中等质量黑洞的可探测性

引力波的直接测量是普查宇宙中黑洞族群的强有力工具。LIGO 的首个引力波星表已探测到重达 $\sim50~M_\odot$ 的黑洞，其碰撞发生于宇宙年龄约为现今一半之时。然而，对于 $10^{2-5}~M_\odot$ 中等质量范围内的黑洞尚无明确证据。近期电磁观测暗示了本地宇宙中 IMBH 的存在，但其质量约束很差。IMBH 的可能形成机制亦未被理解。在此我们主张，多波段引力波天文学——具体而言，空间与地面引力波探测器的联合观测——将能在宇宙距离上普查广泛的中等质量黑洞族群。通过利用合并黑洞的广义相对论模拟与最先进的引力波波形模型，我们在多波段时代分类了三类含 IMBH 的双星族群，并讨论了对每类的可观测内容。我们的研究表明，涉及升级版 LIGO 探测器与拟议空间任务 LISA 的多波段观测将探测到红移约 2 处 IMBH 双星的旋进、并合与铃宕。假设下一代探测器 Einstein Telescope 与 Cosmic Explorer 在 LISA 任务期内运行，我们应能在红移约 5 处实现 IMBH 双星的多波段探测。为促进多波段 IMBH 源的研究，本文考察了 IMBH 双星的多波段可探测性。我们给出了作为黑洞质量函数的、针对不同探测器组合的多波段可探测最大红移的解析关系。我们的研究为未来在多波段引力波天文学时代从 IMBH 观测中能获知什么的工作铺平了道路。