The minimum and maximum gravitational-wave background from supermassive binary black holes

被引：25

作者：

Zhu, Xing-Jiang ^{[1
,2
]}

Cui, Weiguang ^{[3
]}

Thrane, Eric ^{[1
,2
]}

机构：

[1] Monash Univ, Sch Phys & Astron, Clayton, Vic 3800, Australia

[2] OzGrav Australian Res Council Ctr Excellence Grav, Hawthorn, Vic 3122, Australia

[3] Univ Autonoma Madrid, Fac Ciencias, Dept Fis Teor, Modulo 15, E-28049 Madrid, Spain

来源：

MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY | 2019年 / 482卷 / 02期

关键词：

black hole physics; gravitational waves; pulsars: general; galaxies: evolution; galaxies: individual (3C 66B); quasars: individual (OJ 287); GALAXY; 3C; 66B; GALACTIC NUCLEI; RADIATION; LIMITS; EVOLUTION; SEARCH; OJ-287; SIGNAL;

D O I：

10.1093/mnras/sty2849

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

The gravitational-wave background from supermassive binary black holes (SMBBHs) has yet to be detected. This has led to speculations as to whether current pulsar timing array limits are in tension with theoretical predictions. In this paper, we use electromagnetic observations to constrain the SMBBH background from above and below. To derive the maximum amplitude of the background, we suppose that equal-mass SMBBH mergers fully account for the local black hole number density. This yields a maximum characteristic signal amplitude at a period of one year A(yr) < 2.4 x 10(-15), which is comparable to the pulsar timing limits. To derive the minimum amplitude requires an electromagnetic observation of an SMBBH. While a number of candidates have been put forward, there are no universally accepted electromagnetic detections in the nanohertz band. We show the candidate 3C 66B implies a lower limit, which is inconsistent with limits from pulsar timing, casting doubt on its binary nature. Alternatively, if the parameters of OJ 287 are known accurately, then A(yr) > 6.1 x 10(-17) at 95 per cent confidence level. If one of the current candidates can be established as a bona fide SMBBH, it will immediately imply an astrophysically interesting lower limit.

引用

页码：2588 / 2596

页数：9

共 79 条

[1] Advanced LIGO [J].

Aasi, J. ;

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. ;

Abernathy, M. R. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. ;

Affeldt, C. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Alemic, A. ;

Allen, B. ;

Amariutei, D. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Arceneaux, C. ;

Areeda, J. S. ;

Ashton, G. ;

Ast, S. ;

Aston, S. M. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

Aylott, B. E. ;

Babak, S. ;

Baker, P. T. ;

Ballmer, S. W. ;

Barayoga, J. C. ;

Barbet, M. ;

Barclay, S. ;

Barish, B. C. ;

Barker, D. ;

Barr, B. ;

Barsotti, L. ;

Bartlett, J. ;

Barton, M. A. ;

Bartos, I. ;

Bassiri, R. ;

Batch, J. C. ;

Baune, C. ;

Behnke, B. ;

Bell, A. S. ;

Bell, C. .

CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2015, 32 (07)

[2] GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Afrough, M. ;

Agarwal, B. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, B. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Angelova, S. V. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arnaud, N. ;

Arun, K. G. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Ast, M. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Atallah, D. V. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

AultONeal, K. ;

Austin, C. ;

Avila-Alvarez, A. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

Bader, M. K. M. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 119 (16)

[3] GW170817: Implications for the Stochastic Gravitational-Wave Background from Compact Binary Coalescences [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Afrough, M. ;

Agarwal, B. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, B. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Angelova, S. V. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arnaud, N. ;

Arun, K. G. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Ast, M. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Atallah, D. V. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

AultONeal, K. ;

Austin, C. ;

Avila-Alvarez, A. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

Bader, M. K. M. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 120 (09)

[4] GW170608: Observation of a 19 Solar-mass Binary Black Hole Coalescence [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Afrough, M. ;

Agarwal, B. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, B. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Angelova, S. V. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arnaud, N. ;

Arun, K. G. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Ast, M. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Atallah, D. V. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

AultONeal, K. ;

Austin, C. ;

Avila-Alvarez, A. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

Bader, M. K. M. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2017, 851 (02)

[5] Binary Black Hole Mergers in the First Advanced LIGO Observing Run [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Abernathy, M. R. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, B. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Arceneaux, C. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arnaud, N. ;

Arun, K. G. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Ast, M. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

Bader, M. K. M. ;

Baker, P. T. ;

Baldaccini, F. ;

Ballardin, G. ;

Ballmer, S. W. ;

Barayoga, J. C. ;

Barclay, S. E. ;

Barish, B. C. ;

Barker, D. ;

Barone, F. ;

Barr, B. .

PHYSICAL REVIEW X, 2016, 6 (04)

[6] GW150914: Implications for the Stochastic Gravitational-Wave Background from Binary Black Holes [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Abernathy, M. R. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, B. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Arceneaux, C. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arnaud, N. ;

Arun, K. G. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Ast, M. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

Bader, M. K. M. ;

Baker, P. T. ;

Baldaccini, F. ;

Ballardin, G. ;

Ballmer, S. W. ;

Barayoga, J. C. ;

Barclay, S. E. ;

Barish, B. C. ;

Barker, D. ;

Barone, F. ;

Barr, B. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (13)

[7]

Abbott B.P., Phys. Rev. Lett., V116

[8] Advanced Virgo: a second-generation interferometric gravitational wave detector [J].

Acernese, F. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aisa, D. ;

Allemandou, N. ;

Allocca, A. ;

Amarni, J. ;

Astone, P. ;

Balestri, G. ;

Ballardin, G. ;

Barone, F. ;

Baronick, J-P ;

Barsuglia, M. ;

Basti, A. ;

Basti, F. ;

Bauer, Th S. ;

Bavigadda, V. ;

Bejger, M. ;

Beker, M. G. ;

Belczynski, C. ;

Bersanetti, D. ;

Bertolini, A. ;

Bitossi, M. ;

Bizouard, M. A. ;

Bloemen, S. ;

Blom, M. ;

Boer, M. ;

Bogaert, G. ;

Bondi, D. ;

Bondu, F. ;

Bonelli, L. ;

Bonnand, R. ;

Boschi, V. ;

Bosi, L. ;

Bouedo, T. ;

Bradaschia, C. ;

Branchesi, M. ;

Briant, T. ;

Brillet, A. ;

Brisson, V. ;

Bulik, T. ;

Bulten, H. J. ;

Buskulic, D. ;

Buy, C. ;

Cagnoli, G. ;

Calloni, E. ;

Campeggi, C. ;

Canuel, B. ;

Carbognani, F. ;

Cavalier, F. .

CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2015, 32 (02)

[9] Planck 2015 results XIII. Cosmological parameters [J].

Ade, P. A. R. ;

Aghanim, N. ;

Arnaud, M. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartlett, J. G. ;

Bartolo, N. ;

Battaner, E. ;

Battye, R. ;

Benabed, K. ;

Benoit, A. ;

Benoit-Levy, A. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bonaldi, A. ;

Bonavera, L. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Catalano, A. ;

Challinor, A. ;

Chamballu, A. ;

Chary, R. -R. ;

Chiang, H. C. ;

Chluba, J. ;

Christensen, P. R. ;

Church, S. ;

Clements, D. L. ;

Colombi, S. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Coulais, A. ;

Crill, B. P. ;

Curto, A. ;

Cuttaia, F. ;

Danese, L. ;

Davies, R. D. ;

Davis, R. J. ;

de Bernardis, P. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2016, 594

[10]

[Anonymous], 2018, ARXIV180307424

← 1 2 3 4 5 6 7 8 →