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LISA 用于局部化 dynamically 形成的黑洞二元组

高能天体物理现象 2025-05-13 v2 星系天体物理 广义相对论与量子宇宙学

摘要

globular 集群(GCs)中动态形成的二元黑洞(BBH)可能对观察到的引力波(GW)合并率有显著贡献。此外,LISA可能在mHz频率检测到许多来自GCs的BBH源,从而使我们能够在银河系及其附近的宇宙中表征此类系统。在本工作中,我们使用Monte Carlo N体模拟构建了一个真实的银河系集群样本,从而估计了GCs中BBHs的population、可探测性以及参数测量精度。特别是,我们展示了来自银河系GCs中0.7±0.70.7\pm 0.72.0±1.72.0\pm 1.73.6±2.33.6\pm 2.313.4±4.713.4\pm 4.7个BBH的GW信号可以超过信噪比阈值SNR=30\rm SNR =30、5、3和1进行10年LISA观察,其中约有50%\sim 50\%的可探测源表现出较高的离心率(e0.9e\gtrsim0.9)。此外,Fisher矩阵和贝叶斯分析表明,这些系统通常具有高度解析的轨道频率(δforb/forb107105\delta f_{\rm orb}/ f_{\rm orb} \sim 10^{-7}-10^{-5})和离心率(δe/e1030.1\delta e/ e \sim 10^{-3}-0.1),以及在SNR超过20\sim20时可测量的总质量。值得注意的是,我们展示了高SNR BBH可以准确地局部化到特定的银河系GCs,信天角分辨率为δΩ1\delta \Omega \sim 1~度2^2,并说明其距离测量存在较大不确定性(δR0.320\delta R \sim 0.3 - 20~kpc)。即使检测到银河系GCs中的单个BBH,也允许准确跟踪其长期轨道演化,验证GCs在BBH形成中的作用,并提供对银河系集群演化历史的独特探针。

关键词

引用

@article{arxiv.2501.18682,
  title  = {Localizing Dynamically-Formed Black Hole Binaries in Milky Way Globular Clusters with LISA},
  author = {Zeyuan Xuan and Kyle Kremer and Smadar Naoz},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2501.18682},
  year   = {2025}
}

备注

14+5 pages, 5+2 figures. Accepted by ApJL