超大质量黑洞三重态：天体物理学、引力波与探测

位于许多星系中心的超大质量黑洞(SMBHs)已被认识到在宇宙学结构形成过程中发挥着重要的主动作用。在等级结构形成场景中，SMBHs预计会在其宿主星系并合后形成双星。如果这些双星在与第三个星系并合之前未能并合，则可能形成黑洞三重系统。对星系核内三重系统动力学的数值模拟显示出极高偏心率（高达$e \sim 0.99$）的阶段。在这些阶段，轨道近心点会发射出强烈的引力辐射爆发。这会产生频率远高于轨道频率的引力波信号。利用几个质量$\gtrsim 10^7 {\rm M_\odot}$的SMBHs的种群模型，我们估算了通过脉冲星计时和激光干涉空间天线(LISA)探测到这些爆发的可能性。假设三重系统中双星的比例$\ge 0.1$，我们发现，在即将到来的脉冲星计时阵列(PTAs)的灵敏度范围内，有少数到几十个这样的爆发会产生大于1纳秒的残差。然而，大多数此类爆发将被在同一频率窗口内发射的所有其他“标准”SMBH双星产生的混淆噪声所淹没。需要详细的数据分析研究来评估此类源的可分辨性。实施一个基本的分辨率判据后，我们发现，在1纳秒精度水平上捕捉到可分辨爆发的几率为2-50%，具体取决于所采用的SMBH演化模型。另一方面，用LISA探测到由大质量双星（质量$\gtrsim 10^7\msun$）产生的爆发的可能性可以忽略不计。