来自超大质量黑洞的高频引力波：LIGO-Virgo探测前景

人们通常认为地基引力波仪器对超大质量黑洞不敏感，因为其特征引力波频率远低于地面探测器约10-1000 Hz的灵敏度频带。然而，本文探讨了超大质量黑洞引力波泄漏到更高频率的可能性。特别地，如果高频谱尾渐近于h(f)~f^{-α}，其中α≤2，那么在固定频率f>>c³/GM下，谱振幅是质量M的常数或递增函数。如果时域波形或其导数表现出不连续性，就会发生这种情况。地面仪器可以搜索这些普适谱尾，以探测或排除此类特征，无论其起源如何。我们识别了可能产生高频信号的以下过程：(i) 超大质量黑洞附近极端相对论物体的引力轫致辐射；(ii) 由具有高频成分或突然终止的外部过程激发的铃宕模式；(iii) 引力透镜回波和衍射。特别地，对于(iii)，超大质量黑洞会产生银河系核中旋进恒星质量双星的引力波回波，延迟时间为几分钟到几小时。如果双星位于超大质量黑洞后方相对于视线方向约10度(r/100M)^{-1/2}的锥体内（距离超大质量黑洞r处），则透镜化的主信号和引力波回波会被放大。对于超大质量黑洞附近的其他双星，引力波回波的振幅平均约为主信号的0.1(r/100M)^{-1}。