利用脉冲星的引力波天文学：大质量黑洞合并与早期宇宙

脉冲星定时阵对大质量黑洞双星演化的天体物理约束

Astrophysical constraints on massive black hole binary evolution from Pulsar Timing Arrays

我们认为，可以从目前和未来可能的脉冲星定时阵列（PTA）的结果，仅从大规模的黑洞二进制人口和他们的形成历史的信息。我们使用模型的随机引力波背景的圆形大质量黑洞二进制与啁啾质量范围内$10^6 - 10^{11} M_\odot$演变完全是由于辐射反应。我们的参数化模型的黑洞合并的历史，使只有弱的假设的性质，黑洞合并在宇宙时间。我们表明，当前的PTA结果对黑洞合并密度设定了上限，该上限不取决于特定合并历史模型的选择，但它们没有提供有关红移或质量分布的信息。我们表明，即使在一个因素的幅度灵敏度增加10的检测结果的情况下，PTA只会把弱约束源合并密度作为质量的函数，并不会提供任何额外的信息的红移分布。如果没有额外的假设或来自其他观测的信息，探测就不能有意义地将大质量黑洞的合并率限制在零以上或任何特定质量。

用脉冲星定时阵列寻找超大质量双星黑洞的记忆和螺旋引力波

Search for Memory and Inspiral Gravitational Waves from Super-Massive Binary Black Holes with Pulsar Timing Arrays

超大质量双黑洞并合是宇宙中最极端的事件之一，伴随着巨大的引力辐射能量释放。虽然合并事件的特征引力波（GW）频率远高于nHz制度的脉冲星定时阵列（PTA）的最佳，非线性GW的记忆可能是一个关键的合并事件与PTA检测的吸烟枪。在本文中，这个有趣的观察的基本方面进行了讨论SBBH，和他们的内存和inspiral GW的检测数量估计正在进行的和计划的PTA。我们发现，预期的检测数将小于单位的两种类型的信号，即使与平方公里阵列。我们还提供了各种缩放关系，这将是有用的研究从单个SBBH与PTA的GW的检测概率。

Constraining astrophysical observables of Galaxy and Supermassive Black Hole Binary Mergers using Pulsar Timing Arrays

We present an analytic model to describe the supermassive black hole binary (SMBHB) merger rate in the Universe with astrophysical observables: galaxy stellar mass function, pair fraction, merger timescale and black hole - host galaxy relations. We construct observational priors and compute the allowed range of the characteristic spectrum $h_c$ of the gravitational wave background (GWB) to be $10^{-16}<h_c<10^{-15}$ at a frequency of $f=1/{\rm yr}$. We exploit our parametrization to tackle the problem of astrophysical inference from Pulsar Timing Array (PTA) observations. We simulate a series …

利用平方公里阵列天文台开展脉冲星科学研究

Pulsar Science with the SKAO

介绍平方公里阵列天文台（SKAO）两台望远镜特性，探讨其对脉冲星科学不同领域影响，如开展新深度巡天发现大量脉冲星，用于研究中子星物理等，还提及与其他科学案例协同作用。

低频引力波天文学的前景

The Promise of Low-Frequency Gravitational Wave Astronomy

本Astro 2010科学白皮书概述了低频引力波天文学的机遇，这是一个即将取得重大进展的新领域。在讨论引力波天文学的广泛背景时，本文集中在低频区域（10^（-5）到1 Hz），这是一个在强引力波源中大量存在的频率范围，包括大质量黑洞合并，超紧凑的恒星质量星系双星，以及星系核中的大质量黑洞捕获紧凑物体。

吸积双星脉冲星的轨道衰变能否探测暗物质？

Can Orbital Decay of Accreting Binary Pulsars Probe Dark Matter?

本研究探究暗物质吸积对双星脉冲星轨道衰变率的影响，发现当前地球附近观测数据无法约束暗物质粒子性质，而银心高暗物质密度区的脉冲星并合观测或可用于探测暗物质微观物理。

利用脉冲星定时阵列探测引力波和研究超大质量黑洞天体物理的前景

Prospects for gravitational-wave detection and supermassive black hole astrophysics with pulsar timing arrays

大面积的巡天观测显示，在哈勃时间内，大质量星系至少会经历一次大的合并。正在进行的脉冲星计时阵列（PTA）实验旨在测量星系合并残余物中心的双超大质量黑洞（SMBH）的引力波（GW）发射。在本文中，使用最新的观测估计的一系列星系的属性和标度关系，我们预测的GW背景的振幅产生的二进制SMBH人口。我们还预测了单个二进制SMBH GW源的数量。我们预测GW背景的特征应变幅度位于$5.1\times10^{-16}<A_{\rm yr}<2.4\times10^{-15}$范围内，频率为$(1\,{\rm yr})^{-1}$，置信度为95%。在这个范围内的更高的值，对应于更普遍的星系合并时间尺度的首选，将在未来几年内落入现有PTA项目的预期敏感性范围内。相比之下，我们发现需要由下一代射电望远镜观测到的至少100颗脉冲星组成的PTA才能检测到来自二元SMBH的连续波GW。我们进一步建议，GW内存突发合并SMBH对是不可行的来源PTA。GW背景和单个GW源计数都由在红移为$\lesssim 1.5$的质量为$\gtrsim5\times10^{10}M_{\odot}$的早型星系合并中形成的双星所主导。星系合并时间尺度的不确定性和SMBH质量-星系核球质量关系主导了我们预测的不确定性。

利用StarTrack模型经验确定银河系中子星--黑洞并合率

Empirical determination of the Galactic neutron star--black hole merger rate using StarTrack models

本研究利用StarTrack模型和射电脉冲星巡天数据，确定银河系中子星--黑洞并合率上限，并预测LIGO探测率，强调FAST等望远镜的探测前景。

利用脉冲星计时约束超大质量黑洞双星的合并速率

Constraining the coalescence rate of supermassive black-hole binaries using pulsar timing

脉冲星定时观测被用来限制超大质量黑洞（SMBH）双星的合并率作为质量和红移的函数。与其他技术的间接约束相反，脉冲星定时观测提供了对黑洞合并率的直接约束。这是可能的，因为脉冲星计时对这些源在演化的最后阶段发射的引力波（GW）很敏感。我们发现，从最近发表的帕克斯脉冲星定时阵列数据计算的上限是略高于理论预测的红移低于10。在未来，随着时间精度的提高和更长的数据跨度，我们表明，GWs的非检测将排除某些特定类别的SMBH二进制合并模型中的可用参数空间。我们还表明，如果我们可以定时一组的时间到10纳秒的定时精度，例如，使用拟议的平方公里阵列，它应该是可能的，以检测一个或多个单独的SMBH二进制系统。

脉冲星时带中预期的超大质量黑洞双星引力波信号的系统研究

Systematic investigation of the expected gravitational wave signal from supermassive black hole binaries in the pulsar timing band

在这封信中，我们进行了第一次系统的调查，预期的引力波（GW）背景产生的超大质量黑洞（SMBH）在nHz频段的脉冲星定时阵列（PTA）。我们从文献中的红移依赖的星系质量函数的几个估计和密切的星系对的分数，以获得广泛的星系合并率。然后，我们利用经验的黑洞主机的关系，填充合并星系与SMBHs。我们的程序的结果是收集了大量的现象学SMBH的二进制合并率与当前的观测限制星系组装在z<1.5。对于每个合并率，我们计算相关联的GW信号，最终产生一个大的nHz GW背景的估计，我们使用它来推断其预期幅度的置信区间。当考虑到最新的SMBH主机关系，占超大质量黑洞在最明亮的星系团星系，我们发现，名义上的$1σ$间隔的预期GW信号是只有一个因素的3至10低于目前的PTA限制，这意味着一个不可忽略的机会，在未来几年的检测。

Parkes脉冲星定时阵对单个引力波源的灵敏度

The Sensitivity of the Parkes Pulsar Timing Array to Individual Sources of Gravitational Waves

我们提出的灵敏度的帕克斯脉冲星定时阵列的引力波发射的个别超大质量黑洞双星系统在合并的星系的核心合并的早期阶段。我们的分析包括一个详细的研究，拟合脉冲星定时模型的影响，非白色的定时残差。脉冲星的计时在毫微赫兹的频率上是敏感的，因此与LIGO和LISA是互补的。我们放置一个天空平均的约束合并率附近（$z < 0.6$）黑洞双星在合并的早期阶段的啁啾质量$10^{10}\,\rmn{M}_\odot$小于一个合并每七年。未来的引力波天文学与拟议的平方公里阵列望远镜的这种类型的前景进行了讨论。

“连续波”区域中双超大质量黑洞的多信使研究

Multi-messenger approaches to binary supermassive black holes in the "continuous-wave" regime

脉冲星计时阵列对轨道间距<< 1pc的超大质量黑洞（SMBH）双星的引力波十分敏感。目前，这类系统的观测资料很少，尽管它们是研究星系演化、合并动力学和活跃核形成的核心人物。我们回顾了通过电磁辐射过程探测SMBH双星的前景，这些过程被认为与星系合并和后期双星演化有关。然后，我们讨论了这些系统的联合脉冲星定时和电磁研究的科学目标，包括促进二进制参数估计，确定星系主机的引力波发射器，并合并动力学和宇宙学的相关研究。使用即将到来的高精度定时阵列与国际脉冲星定时阵列和平方公里阵列，结合正在进行的电磁观测活动，以确定活跃的SMBH双星，在不久的将来为多信使天体物理学提供了大量的可能性。

利用脉冲星定时阵的引力波观测测量大质量黑洞二元系统的参数

Measuring the parameters of massive black hole binary systems with Pulsar Timing Array observations of gravitational waves

利用脉冲星定时阵观测大质量黑洞双星是引力波天文学未来的目标之一。大质量（>10^8太阳质量）和低红移（< 1.5）源预计将被即将到来的PTA单独分辨，我们将它们用作天体物理探测器的能力将取决于它们参数测量的准确性。在本文中，我们估计这样的测量精度使用费舍尔信息矩阵形式主义。我们仅限于“单色”光源。在这种近似下，系统由七个参数描述，我们确定它们的预期统计误差作为阵列中的天线数量、阵列天空覆盖范围和信号的信噪比（SNR）的函数。在固定信噪比下，PTA的引力波天文学能力是用~20个微扰子实现的;在阵列中增加更多的微扰子（最多1000个）将天空中的源误差框ΔΩ减小到~5倍，并且对其他参数的统计误差的影响可以忽略不计。ΔΩ提高为1/SNR ^2，其他参数提高为1/SNR。对于天空中均匀分布的100个双星的基准PTA和相干SNR = 10，我们发现ΔΩ约为40 ° ^[2]，信号幅度的分数误差约为30%（这对啁啾质量-光度距离组合M_c^{5/3}/D_L的约束很差），源倾角和偏振角恢复到约0.3 rad水平。正在进行的帕克斯PTA对位于南半球的系统特别敏感，在SNR = 10时，可以用ΔΩ~10 deg^2确定源位置，但对北半球的源性能较差。（节录）

多波段引力波天文学的前景

The promise of multi-band gravitational wave astronomy

我们表明，黑洞二进制（BHB）的合并率推断出先进的LIGO（aLIGO）检测GW 150914意味着一个意想不到的响亮GW天空在毫赫兹频率的不断发展的激光干涉仪空间天线（eLISA），与几个突出的后果。首先，eLISA将能够单独分辨多达数千个BHB;其次，数百万个无法分辨的BHB将产生一个可以检测到的混淆噪声，其信噪比为几到几百;第三，也许是最重要的一点，eLISA将在十年内在aLIGO波段合并多达数百个可单独分辨的BHB。eLISA观测将提前几周告诉aLIGO和所有电磁探测器这些BHB合并将在何时何地发生，不确定性<10秒和<1度^2。这将允许望远镜的预指向，以实现符合GW和多波长电磁观测BHB合并。时间重合是至关重要的，因为与BHB合并相关的即时发射可能具有与系统的动态时间尺度相当的持续时间，并且仅在低频GW警报的情况下才有可能。

致密双星并合：基于地面探测器的引力波天文学

Compact binary coalescences: gravitational-wave astronomy with ground-based detectors

本文综述了致密双星并合这一最主要引力波源的观测特征与分析方法，并回顾了LIGO、Virgo和KAGRA地面干涉仪网络自2015年以来取得的探测进展。

脉冲星计时阵列探测对LISA波段大质量黑洞并合的意义

Implications of the pulsar timing array detections for massive black hole mergers in the LISA band

基于PTA对引力波背景的探测，本研究利用经校准的半解析模型预测LISA在4年任务期内可探测到十几个至数千个大质量双黑洞，且能精确估计其质量、位置和距离等参数。

用laser干涉仪和脉冲星计时进行引力波科学

Gravitational wave science with laser interferometers and pulsar timing

在这十年内，引力波探测将为宇宙打开一扇新的观测窗口。覆盖千赫兹频率范围的先进地面干涉仪将在2016年前上线，可以预见的是，五年内将宣布首次探测。与此同时，全世界通过对超精密毫秒级射电望远镜进行计时来探测低频波（nHz范围内）的努力正在迅速增长，可能会在本十年内实现积极的探测。mHz范围，连接这两个窗口，是空间干涉仪的领域，可能在20年代后期发射。我在这里提供一个简短的概述科学支出的引力波天文学，重点讨论低频制度（脉冲星计时和空间为基础的干涉测量）。关于先进的地基干涉仪的详细讨论可以在帕特里克·布雷迪对这一系列会议的贡献中找到。