脉冲计时阵列黑洞的多信使视角：基于 Horizon-AGN 模拟

我们利用 Horizon-AGN 宇宙模拟研究贡献于脉冲计时阵列（PTA）频段预期引力波背景（GWB）信号的最主要的超大质量黑洞二元系统（MBHBs）。我们开发了生成真实 MBHB Population 的管道，使我们能够估计 PTA 实验可观测的特征应变和 GWB 时间序列。我们使用代表当前 EPTA 和未来 SKA 的玩具 PTA 灵敏度，识别潜在的连续波（CW）候选信号置于背景噪声之上。我们估计在 10 年基准下，EPTA（SKA）样似灵敏度下检测至少一个 SNR>3 的 CW 的概率为 4%（20%）。我们发现 GWB 由数百至数千个在红移范围 0.05-1 处、质量为 $10^{8.5}-10^{9.5}\, M_\odot$ 的 chirp mass 的二元系统主导，这些二元系统主要位于质量约为 $10^{13}\, M_\odot$ 的静止大质量星系中。CW 候选者具有更大的质量、更低的红移，并位于更为庞大的星系团和星系团中。大多数这些系统将表现为 AGN 而非类星体，因为其低的 Eddington 比率。尽管如此，$f_{\rm Edd}>10^{-3}$ 的 CW 候选者在射电和 X 射射波段仍可凌驾于其宿主之上，表明它们是最有前景的识别途径。我们的发现表明，基于光度曲线变动的光学和近红外搜索具有挑战性，并且偏向更亮的系统。最后，我们指出了常见方法用于比较 PTA 观测与理论模型的重要局限性。我们发现 PTA 用于 GWB 谱推断的推断可能在 $f=1/\rm yr$ 处偏向更浅的斜率和更高的振幅，从而降低了天文学期望与 PTA 观测之间 apparent 张力。