利用当前与未来引力波探测器对全反射奇异致密天体存在性的限制

奇异致密天体 (ECOs) 是一类理论化的致密天体，它通过将位于 $r=r_+(1+\epsilon)$ 处的物理表面取代 $r_+$ 处原本应有的事件视界，从而解决了黑洞的悖论。旋转的无视界天体容易发生能层不稳定性，如果其自旋高于某个临界阈值，这将阻止它们的存在。在本文中，我们根据 LIGO、Virgo 和 KAGRA 合作组探测到的致密双星并合 (CBCs) 群体的自旋分布，设定了并合 ECOs 群体存在性的上限。使用 104 个致密天体的自旋测量结果，我们发现如果 ECOs 具有 $\epsilon \in [10^{-42}-10^{-3}]$ 且其表面是全反射的，则在 90% 的置信水平下，CBCs 群体中 ECOs 的占比不能超过 71%（极向扰动）或 59%（轴向扰动）。如果我们将 ECOs 限制为超致密天体（$\epsilon<10^{-30}$），在 90% 的置信水平下，对于极向和轴向扰动，ECOs 在 CBC 群体中的占比分别不能超过 28% 和 25%。当前数据的约束精度是因自旋损失导致随机引力波背景未被探测到而获得的约束的两倍。我们还研究了下一代引力波探测器（如 Einstein Telescope）如何约束 ECO 群体。我们发现，1 天的数据采集足以将 $\epsilon \in [10^{-42}-10^{-3}]$ 情况下的 ECOs 占比约束在 20% 以下。