模拟宇宙中 LISA 大质量黑洞并合所在的星系场

LISA 将把引力波 (GWs) 搜寻拓展至 $0.1\,{-}\,100$ mHz 波段，此处预期有来自 $10^4\,{-}\,10^7\,\rm M_{\odot}$ 并合双黑洞的强信号。根据其质量与光度距离，LISA 天区定位的不确定性在旋进阶段由数百 deg$^2$ 降至并合后的零点几 deg$^2$。通过使用应用于 Millennium-I 合并树上的半解析模型 L-Galaxies，我们生成一个模拟宇宙，以识别 $z\,{\leq}\,3$ 处总质量为 $3\,{\times}\,10^{5}$、$3\,{\times}\,10^6$ 与 $3\,{\times}\,10^7\rm M_{\odot}$ 且质量比不同的并合双星宿主。我们发现，即便在并合时刻，LISA 源周围的星系数量也过多 (${\gtrsim}\,10^2$)，无法直接确认宿主。然而，若 $z\,{\lt}\,1$ 处 GW 源伴有 X 射线对应体，并合时所有 LISA 场均含有 ${\lesssim}\,10$ 个发射高于 ${\sim}\, 10^{-17} \, \rm erg\,cm^{-2}\,s^{-1}$ 的 AGN。对于更高红移的源，较差的天区定位使该数量增至 ${\sim}\, 10^3$。eRosita 的存档数据将能排除其中 ${\sim}\, 10\%$ 的 AGN，因其过浅而无法探测 GW 源的暗弱 X 射线光度。质量 ${\lesssim}\,10^6\rm M_{\odot}$、红移 $z\,{\leq}\,0.3$ 处于活动相的旋进双星，可被未来 X 射线天文台在并合前早至 $10$ 小时、用时不到几分钟探测到。对于这些系统，${\lesssim}\,10$ 个 AGN 位于 LISA 天区定位区内。最后，LISA-Taiji 网络将保证在并合前 $10$ 小时为 $z\,{\lesssim}\,1$ 处所有双星确认 X 射线对应体。