欧洲脉冲星计时阵列对单个超大质量黑洞双星连续引力波的限制

我们在最新的 EPTA（欧洲脉冲星计时阵列）数据集中搜索由可单独分辨的、圆形的超大质量黑洞双星（SMBHBs）产生的连续引力波（CGW）信号，该数据集包含对 41 颗毫秒脉冲星的超精确计时数据。我们开发了频率学派和贝叶斯探测算法，以搜索单色和频率演化系统。所采用的算法均未显示出存在此类 CGW 信号的证据，表明数据最好仅用脉冲星和辐射计噪声来描述。根据所采用的探测算法，在 $5{\rm nHz}<f<7{\rm nHz}$ 处，天空平均应变幅度的 95% 上限位于 $6\times 10^{-15}<A<1.5\times10^{-14}$ 范围内。该极限随假设源位置不同而变化达五倍，最具约束性的极限是在计时阵列中最灵敏脉冲星的方向上取得的。最稳健的上限——通过对我们六颗最佳脉冲星子集上的信号和脉冲星噪声同时进行全贝叶斯分析获得——为 $A\approx10^{-14}$。这些极限是迄今在 $f<10{\rm nHz}$ 处最严格的，排除了存在啁啾质量 $\cal{M}_c>10^9$M$_\odot$、距离约 25 Mpc 以内的亚厘秒差距双星，以及 $\cal{M}_c>10^{10}$M$_\odot$、距离约 1 Gpc（$z\approx0.2$）以内的双星。我们表明，最先进的 SMBHB 族群模型预测用当前 EPTA 数据集探测到 CGW 的概率小于 1%，与所报告的非探测结果一致。但我们强调，PTA 对单个 CGW 的限制在过去五年中改善了几乎一个数量级。脉冲星计时数据采集和分析技术的持续进步将使得在未来几年内对邻近 SMBHB 族群施加强有力的天体物理约束成为可能。