利用半解析星系形成模型探索多波段引力波背景

大量从恒星级到超大质量级的致密双星系统在其演化末期会辐射出强烈的引力波，从而形成随机引力波背景（SGWB）。我们采用统一且自洽的方法，利用半解析星系形成模型——包含双星演化的星系组装模型（GABE）——计算了恒星级致密双星与大质量黑洞双星的并合率，并据此估计了这些系统贡献的多波段 SGWB。我们发现 SGWB 能量密度主峰的幅度在一个数量级以内，即 $\Omega_{GW} \sim 10^{-9}- 10^{-8}$。该 SGWB 可被平方公里阵列（SKA）以及计划中的干涉探测器如爱因斯坦望远镜（ET）和激光干涉空间天线（LISA）轻易探测到。在 SKA 波段，该背景的能量密度随频率变化为 $\Omega_{GW} \propto f^{2/3}$。在频率范围 $\sim[10^{-4}$,$1]$Hz 内的 SGWB 谱形可使 LISA 区分黑洞种子模型。在 $\sim 100$ Hz 处，由恒星级双黑洞（BBHs）并合产生的 SGWB 幅度分别约为双中子星（BNSs）并合与中子星-黑洞（NSBH）并合所产生幅度的 10 倍和 100 倍。需注意，由于 GABE 预测的宇宙恒星形成率密度在 z < $\sim 2$ 时比观测结果低约 $0.2$ dex，频率范围 $\sim[1$, $10^{4}]$ Hz 内的 SGWB 幅度至多可能被低估相近的因子。