暗物质与驰星结构对弱偏转引力波的特征

引力透镜是探索宇宙物质分布的强大工具。由于其低频率和相位一致性，引力波（GW）允许观测到引力透镜中不可及于电磁信号的新型波导特征（wave-optics features, WOFs）。结合现有的准确源模型，透镜引力波可用于推断引力透镜的属性。特别是对于空间探测器而言，巨大的黑洞双星合并预期将产生的高信噪比，使得WOFs可以在更深入的弱透镜范围内被辨识，大大增加检测概率。本文详细探讨了LISA任务检测由暗物质暗环、星系以及其中超大质量黑洞（SMBH）引起的WOFs的能力。我们估计对于总质量为$M_{\rm BBH} \sim 10^6 M_{\odot}$的最响目标，总光学深度为$\lambda_{\rm tot} \sim 6 \times 10^{-3}$，其中主要贡献来自SMBH。我们也发现，对于总质量为$M_{\rm BBH} \sim 10^4 M_{\odot}$的低质量双星，WOFs更可能来自中心星系。在我们的引力透镜模型中，我们预测在LISA任务的5年内，预计可检测到$\mathcal{O}(0.1)-\mathcal{O}(1)$个弱透镜事件，具体取决于源族群模型。我们表明，WOFs特征对$10^6-10^8 M_{\odot}$范围内的暗物质暗环的属性极其敏感：在该范围内将紧凑度参数增加约3会使检测率提高约26%。此外，我们还表明，来自复杂暗环内部结构的集体效应还能进一步增强可检测性。这表明LISA的透镜引力波将是探测暗物质理论、驰星亚结构和暗环亚结构的绝佳探针。