层级性星系形成模型下超大质量黑洞合并产生的引力波

我们研究了来自其宿主星系合并产生的超大质量黑洞(SMBH)二体合并的引力波辐射。当星系合并时，宿主星系中的SMBH会汇聚到新的合并星系中心，并形成二体系统。我们采用基于层级性聚类情景的星系与类星体形成的半分析模型，估算由于 inspiraling SMBH 二体和SMBH 二体合并事件产生的预期随机引力波背景的振幅。我们发现，若SMBH在宿主星系合并时同步合并，则背景辐射的特征应变振幅为 $h_c(f) \sim 10^{-16} (f/1 \mu {\rm Hz})^{-2/3}$ 当 $f \lesssim 1 \mu {\rm Hz}$ 时，刚好低于基于脉冲星计时的测量检测限。背景辐射总应变振幅的主要贡献来自 $0<z<1$ 的SMBH合并事件。我们还发现，未来的空间基引力波干涉仪，如计划中的 \textit{激光干涉空间天文台}(LISA)，可能以约 $1.0 {\rm yr}^{-1}$ 的速率检测测量到与总质量 $M_{\rm tot} < 10^7 M_{\odot}$ 的SMBH二体合并相关的强烈引力波脉冲信号，红移 $z \gtrsim 2$。我们的模型预测，振幅为 $h_{\rm burst} \sim 10^{-15}$ 的脉冲信号对应于总质量为 $M_{\rm tot} \sim 10^8 M_{\odot}$ 的巨型SMBH二体合并事件，红移 $z \lesssim 1$，速率约为 $0.1 {\rm yr}^{-1}$；而振幅为 $h_{\rm burst} \sim 10^{-17}$ 的脉冲信号则对应于总质量为 $M_{\rm tot} \sim 10^6 M_{\odot}$ 的较轻SMBH二体合并事件，红移 $z \gtrsim 3$。