来自超轻玻色子的随机与可分辨引力波

旋转黑洞周围的超轻标量场可以触发超辐射不稳定性，在视界外形成一个长寿命的玻色子凝聚体。我们使用微扰场方程的数值解以及大质量和恒星级黑洞种群的天体物理模型，首次计算了来自这些源的随机引力波背景。在乐观场景下，对于场质量 $m_s$ 分别在 $\sim [2\times 10^{-13}, 10^{-12}]\,{\rm eV}$ 和 $\sim 5\times[ 10^{-19}, 10^{-16}]\,{\rm eV}$ 范围内，该背景可被 Advanced LIGO 和 LISA 观测到，并且它可以影响可分辨源的可探测性。我们的估计表明，对 LIGO O1 随机背景极限的分析可能已经可以用来略微排除质量为 $\sim 10^{-12.5}{\rm eV}$ 的轴子。使用 Advanced LIGO (LISA) 的半相干搜索应该能探测到标量场质量为 $3\times 10^{-13}$ ($10^{-17}$) eV 时的 $\sim 15~(5)$ 至 $200~(40)$ 个可分辨源。LISA 对大质量黑洞自旋的测量要么可以排除质量在 $\sim [10^{-18}, 2\times 10^{-13}]$ eV 范围内的玻色子，要么可以在 $\sim[10^{-17}, 10^{-13}]$ eV 范围内以百分之十的精度测量 $m_s$。