脉冲星计时阵列结果对高频引力波的启示

若干脉冲星计时阵列（PTA）实验如NANOGrav和PPTA近期报告了在纳赫兹频段引力波（GW）背景的证据。该信号可源于由增强的曲率扰动产生的标量诱导引力波（SIGW）。SIGW的产生预期伴随原初黑洞（PBH）的形成，后者可通过双星并合发射引力波。此处我们对PTA数据集结合现有的PBH丰度与GW密度限制进行联合似然推断，推导出PBH分布及相关PBH并合信号完整的贝叶斯后验。我们的结果表明，仅使用PTA数据的分析意味着PBH的显著过产生，而计入当前PBH限制会导致SIGW后验的明显偏移。若PTA信号确实源自SIGW，所需的曲率扰动幅度会在$[6 \times 10^{-2}, 2 \times 10^{-1}]\ m_\odot$的窄质量窗口内产生PBH。这些PBH的并合可在$[10^{-3}, 10^5]$ Hz频段留下强引力波特征，可被LISA、aLIGO、爱因斯坦望远镜、DECIGO和BBO等即将建成的干涉仪探测。这提供了多频机会以进一步审视所观测PTA信号的来源，并有可能将当前PBH限制提升多达5个数量级。