地面引力波探测器网络在未来观测运行中光致密二进制合并的检测概率

尽管在第四次观测运行（O4）中，LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）引力波（GW）探测器网络已对相对于O3结束时 surveilled 的时间体积（VT）增加了超过三倍，仍未检测到任何二进制中子星（BNS）合并事件，这一问题迫切需要解答：在本次运行剩余部分，检测到至少一个BNS合并事件的可能性有多大。本文提出一种简单且通用的方法来回答此问题，该方法构成了LVK公共警报用户指南中所呈现预测的基础，涵盖了O4a与O4b之间期间的预测。该方法可用于中子星-黑洞（NSBH）合并事件，基于简单泊杆统计以及估计未来运行相对于前期运行所覆盖VT比例。该方法的一个显著优势在于，其预测独立于合并致密二进制天体的质量分布，而当前该分布极不确定。结果显示，本次O4最后部分最可能的结果是未检测到任何BNS事件。然而，检测到非零数量事件的概率为34-46%。对于NSBH事件，至少检测到一个额外事件的概率为64-71%。下一观测运行O5的前景更为乐观，预测BNS事件数为$N_\mathrm{BNS,O5}=28_{-21}^{+44}$，NSBH事件数为$N_\mathrm{NSBH,O5}=65_{-38}^{+61}$（中位数及90%对称可信区间），基于当前LVK探测器对该运行的灵敏度目标。本文所述计算也导致了对LVK本地BNS合并速率密度估计的更新，考虑到O4至今尚未检测到BNS合并事件，结果为$2.8\,\mathrm{Gpc^{-3}\,yr^{-1}}\leq R_0\leq 480\,\mathrm{Gpc^{-3}\,yr^{-1}}$。