階層的銀河形成モデルにおける超大質量ブラックホール合体からの重力波

我々は、ホスト銀河の合併から生じる合体する超大質量ブラックホール（SMBH）バイナリーからの重力波放出の予測を調査する。銀河が合併すると、ホスト銀河のSMBHは新しい合併された銀河の中心に沈み、バイナリーシステムを形成する。階層的クラスタリングシナリオに基づく銀河とクエーサー形成の半解析モデルを用いて、SMBHバイナリーのインスパイラルによって生じる期待される確率的重力波背景の振幅と、SMBHバイナリー合体事象によるバーストを推定する。我々は、ホスト銀河が合併する際にSMBHが同時に合体する場合、背景放射の特性ひずみ振幅はhc(f) \ 10^-16 (f/1 \ \ Hz) ^-2/3であり、これはパルサータイミングの測定からの検出限界直下のf \ 1 \ \ Hzであることを発見した。背景放射の総ひずみ振幅への主な寄与は、0<z<1におけるSMBH合体事象から来る。我々はまた、計画中の干渉計宇宙アンテナ（\ LISA）のような未来の宇宙ベースの重力波干渉計が、合体するSMBHバイナリーの総質量M\ ₓ₎ₓ < 10⁷ M\ に関連する強い重力波バーストをz \ 2で、発生率\ 1.0 \ yr^-1で検出する可能性があることも発見した。より大きな振幅h\ ₁ₔₑₒₓ \ 10^-15のバースト信号は、低赤方偏移z \ 1での総質量M\ ₓ₎ₓ \ 10⁸ M\を持つ巨大なSMBHバイナリーの合体事象に対応し、発生率は\ 0.1 \ yr^-1である。一方、より小さな振幅h\ ₁ₔₑₒₓ \ 10^-17のものは、高赤方偏移z \ 3での総質量M\ ₓ₎ₓ \ 10⁶ M\を持つ少ない質量のSMBHバイナリーの合体事象に対応する。