在不提高观测节奏的情况下扩展脉冲星计时阵列引力波搜寻的频率范围

使用脉冲星计时阵列 (PTA) 的引力波 (GW) 搜寻通常被认为受限于单颗脉冲星典型的 $1/(2~{\rm weeks})$ 平均观测节奏，对应 GW 频率 $\lesssim 4\times 10^{-7}$ Hz。我们表明该假设是错误的，PTA 可通过利用多颗脉冲星的非同步观测，探测到因混叠而保留在数据中、频率高得多的信号。这允许一种可扩展到未来含 $O(10^3)$ 颗脉冲星的大规模 PTA 的观测策略，该策略由五百米口径球面射电望远镜和平方公里阵列实现，且不需要更高的单脉冲星观测节奏。我们表明，更高频率的 GW 观测（在 SKA 时代 PTA 中可达 $4\times 10^{-4}$ Hz）具有重要的天体物理意义，例如 (i) 在 $[10,400]$ $\mu{\rm Hz}$ 波段对 GW 应变给出比当前高节奏观测严格三个数量级的约束，以及 (ii) 利用超大质量黑洞双星的自旋、并合和铃宕信号对其质量范围进行无毛发定理的灵敏检验。