利用交叉相关测量脉冲星计时阵列频带内的各向异性

纳赫兹波段的天体物理引力波背景预计主要由超大质量黑洞双星信号的叠加构成。这些源的空间离散性引入了散粒噪声，在某些情形下，这种噪声会淹没测量引力波背景各向异性的努力。此外，时间残差图具有有限角分辨率以及存在脉冲星噪声，这影响了我们从时间残差图构建各向异性角功率谱的能力（有限分辨率噪声）。在这项工作中，我们从第一性原理出发明确证明，将引力波背景图与足够密集的星系巡天进行交叉相关可以缓解这一问题。这种方法有可能揭示引力波背景的潜在性质，否则这些性质将难以被发现。我们量化了散粒噪声和有限分辨率噪声水平，并表明将引力波背景与星系目录交叉相关，可使在纳赫兹频率范围内运行的引力波天文台首次探测背景各向异性的前景提升一个数量级以上。特别是，我们发现在有效频率数为 $N_f=10$ 的未来设想场景下，结合前 $20$ 个多极矩可以实现谱振幅的探测，其分辨单事件的阈值类似于 SKA。增加观测时间、脉冲星数量或降低脉冲星白噪声可显著提高探测显著性。