LISA 与爱因斯坦望远镜的大质量黑洞谱学前景

测量扰动黑洞（BH）发射的准正规模（QNM）谱——亦称 BH 谱学——为在强引力区检验广义相对论预言提供了极佳机会。我们研究未来激光干涉空间天线（LISA）任务主要科学目标之一的大质量双黑洞铃宕中 BH 谱学的前景与精度。我们模拟了多种大质量双 BH 星族模型，包含关于星系与 BH 并合延迟、超新星反馈对大质量 BH 增长影响、以及高红移 BH 种子初始星族（轻种子与重种子）的竞争预设。对每种情形，我们使用 Fisher 矩阵分析计算用于精确 BH 谱学的平均预期事件数。我们发现，对任何重种子情形，LISA 将以 ${\cal O}(0.1) \%$ 相对不确定度测量主模频率，并以 $1 \%$ 误差估计至少 3 个独立 QNM 参数。最乐观的重种子情形在 LISA 运行期内产生 $\mathcal{O}(100)$ 个事件，其 3 个或更多 QNM 量可达 $1 \%$ 可测性。另一方面，轻种子情形产生较轻并合余迹，其铃宕频率高于 LISA 灵敏度。有趣的是，轻种子模型在爱因斯坦望远镜频段产生部分并合，允许以约 $10 \%$ 相对误差测量 3 个 QNM 参数，速率约每年数至十起事件。轻种子情形中更精确的 BH 谱学需要工作在分赫兹频段的仪器。