噩梦场景：利用脉冲星计时阵列测量停滞的大质量黑洞双星产生的随机引力波背景

当星系合并时形成的大质量黑洞双星，是正在进行的脉冲星计时阵列（PTA）实验和即将到来的空间激光干涉仪天线（LISA）的主要引力波源之一。然而，它们的形成和合并率仍然高度不确定。PTA 获得的随机引力波背景的最新上限开始与这些系统的配对和轨道演化理论模型处于边缘张力状态。这种张力可以通过假设这些双星比预期更偏心或与环境（气体和恒星）的相互作用更强，或者通过考虑理论模型构建中可能的选择偏差来缓解。然而，另一种（悲观的）可能性是这些双星根本不合并，而是在大（$\sim$ pc）分离处停滞。我们利用包含大质量黑洞（孤立和双星）的星系形成半解析模型探索这一极端场景，并表明即使在所有双星都在硬化半径处停滞的“噩梦场景”中，未来几代 PTA 也将在 $10-15$ 年的观测中探测到来自大质量黑洞双星种群的随机引力波背景。此外，我们认为这一场景过于悲观，因为我们的模型预测存在一类质量比很小（$q \lesssim 10^{-3}$）的双星子群，它们仅因引力波辐射就会在哈勃时间内合并。得益于下一代射电望远镜如 SKA 或 FAST，这一子群将以大信噪比被未来的 PTA 观测到，也可能被 LISA 观测到。