宇宙方差对脉冲星计时阵列各向异性搜索的影响

多个脉冲星计时阵列（Pulsar Timing Array, PTA）合作组最近通过测量引力波背景（Gravitational Wave Background, GWB）在脉冲星信号到达时间中引起的扰动，找到了GWB存在的证据。这些扰动预期在不同脉冲星之间是相关的，并且对于各向同性的GWB，这些相关性的期望值（通过对不同GWB实现求平均得到）是脉冲星角间距的简单函数，称为Hellings-Downs（HD）相关函数。另一方面，各向异性的GWB会以一种可用于搜索GWB功率各向异性分布的方式，导致偏离这些HD相关性。然而，即使是对于各向同性的GWB，在重叠频率上辐射的GW源之间的干涉也会导致偏离HD相关模式，这种效应在文献中被称为“宇宙方差”。在这项工作中，我们研究了宇宙方差对PTA各向异性搜索的影响。我们发现，与宇宙方差相关的互相关波动可能导致将各向同性的GWB误分类为各向异性，导致频率学派各向异性搜索的误检率约为50%。我们还观察到，宇宙方差使GWB天图的复原变得复杂，使得分辨明亮的GW热点（例如预期由超大质量黑洞双星群体产生的热点）更具挑战性。这些发现凸显了改进各向异性搜索技术的必要性，以提高我们复原GWB天图的能力，并准确评估我们在其中发现的任何各向同性偏差的显著性。