Illustris에서 대질량 블랙홀 쌍둥이의 중력파 배경: 스펙트럼 특징 및 펄서 타이밍 배열을 통한 탐지 시간

전 세계의 펄서 타이밍 배열(PTA)은 밀리초 펄서의 놀라운 일관성을 사용하여 (슈퍼) 대질량 블랙홀(MBH) 쌍둥이에서 낮은 주파수의 중력파를 측정하고 있습니다. 우리는 우주론적 유체역학 시뮬레이션을 기반으로 한 포괄적인 MBH 합병 모델을 사용하여 확률적 중력파 배경(GWB)의 스펙트럼을 예측합니다. 우리는 유럽, NANOGrav, Parkes, 국제 PTA(IPTA)에서 실제 도착 시간(TOA) 사양을 사용하여 광범위한 모델 매개변수에서 GWB 탐지 시간을 계산합니다. 환경적 경화 프로세스의 매개변수 공간(특히: 별 산란 효율성)을 탐색하는 것 외에도, 우리는 GWB 스펙트럼에 강한 영향을 미칠 수 있는 편심 쌍둥이 진화를 포함하도록 모델을 확장했습니다. 우리의 모델은 강한 별 산란과 높은 특성 편심이 PTA 민감한 "스위트 스팟"(주파수 f = 1 \, yr^-1) 근처에서 GWB 변형 진폭을 증가시켜 이러한 경우에 탐지 전망을 약간 개선함을 보여줍니다. GWB 진폭은 우주론적 및 환경적 매개변수 간에 퇴행적이지만, 낮은 주파수(f 0. 1 \, yr^-1)에서 스펙트럼 전환의 위치는 환경적 결합을 강하게 나타냅니다. 높은 주파수(f 1 \, yr^-1)에서 GWB 스펙트럼 지수를 사용하여 원천의 수 밀도와 가능하다면 그들의 편심 분포를 추론할 수 있습니다. 비관적인 환경 및 편심 매개변수를 사용하는 합병 모델을 가지고 있더라도, 현재 PTA 확장 속도가 계속된다면, 국제 PTA가 약 10년 이내에 탐지를 할 가능성이 매우 높다는 것을 발견했습니다.