基于脉冲星自转减慢率统计的超低频引力波新探测方法的灵敏度

Yonemaru等人(2016)提出了一种探测超低频率引力波（GWs）的新方法，其频率远低于脉冲星计时阵列（PTAs）的观测范围。在PTA分析中，在观测时间跨度内仅线性演化的超低频GWs（$\lesssim 10^{-10}$ Hz）被脉冲星自转减慢率吸收，因为两者对脉冲到达时间的影响相同。因此，此类GWs无法通过PTA的传统方法探测。然而，观测到的自转减慢率上的偏差取决于脉冲星与GW源的相对方向，并在天空中呈现四极模式。因此，如果我们根据天空位置划分脉冲星并观察自转减慢率统计的差异，就可以探测来自单源的超低频GWs。本文中，我们通过蒙特卡洛模拟评估了该方法的潜力并估算了灵敏度，仅考虑“地球项”，而“脉冲星项”对于GW频率$10^{-13}-10^{-10}$ Hz表现为随机噪声。我们发现，利用3000颗毫秒脉冲星（预计将由平方公里阵列未来的巡天发现），原则上可以探测到振幅导数约为$3 \times 10^{-19}~\rm{s}^{-1}$的GWs。文中还给出了对Sgr${}^*$和M87中可能的超大质量双黑洞的启示。