通过脉冲星计时阵列探测邻近纳赫兹引力波源

邻近星系中心的超大质量双黑洞（MBBH），若存在，可能是供脉冲星计时阵列（PTA）探测的纳赫兹引力波（GW）源。通常 PTA 实验的目标引力波被近似为平面波，因其源被认为位于远处。然而对于邻近引力波源，由于弯曲的引力波波前以及引力波强度沿 PTA 脉冲星脉冲路径的变化，该近似可能不准确。本文中，我们分析 PTA 探测邻近源时的近场效应，发现当源距离小于数十 Mpc 时该效应十分重要，且忽略此效应可能导致信噪比显著低估，尤其在源距离与脉冲星距离相当时。作为示例，依据对 MBBH 参数空间的观测限制/暗示，我们假设一个位于银河系中心（GC）或大麦哲伦云（LMC）的纳赫兹 MBBH 源，并估计其被当前/未来 PTA 探测到的可能性。我们发现 GC MBBH 可能被平方公里阵列（SKA）PTA 探测到。探测 LMC MBBH 具挑战性；但若能在 LMC 中心发现数目（$N\gtrsim10$）的稳定毫秒脉冲星，则该 MBBH 可能通过由这些脉冲星构成的 PTA 被探测到。我们进一步阐明了近场效应对主要由邻近引力波源贡献的各向同性引力波背景之 PTA 探测的影响，所得角关联类似于 Hellings-Downs 曲线。