Uma abordagem "de dentro para fora" para modelar a inspiração binária de um buraco negro supermassivo

A inspiração e fusão de dois buracos negros supermassivos libera imensa energia em ondas gravitacionais de baixa frequência. Observações recentes da matriz de temporização de pulsar do fundo estocástico nHz GW são consistentes com uma origem binária SMBH.

A inspiração e fusão de dois buracos negros supermassivos (SMBHs) libera imensa energia em ondas gravitacionais (GWs) de baixa frequência. Observações recentes da matriz de temporização de pulsar (PTA) do fundo estocástico nHz GW (GWB) são consistentes com uma origem binária SMBH.

Os dados GW dos PTAs e da próxima Antena Espacial de Interferômetro Laser (LISA) podem sondar a evolução binária em estágio final onde as restrições eletromagnéticas são escassas. No entanto, a complexidade da astrofísica relevante necessita de uma abordagem bem otimizada.

Eu argumento que uma quantidade física chave para restringir com PTAs é o semi-eixo maior orbital no qual a inspiração binária faz a transição do regime astrofísico para o regime dominado por GW ($a_{\rm GW}$). Esta quantidade deve ser tratada como parâmetro livre na análise do GWB.

Usando esta premissa, apresento uma estrutura analítica simples para modelar o binário inspirador SMBH de uma forma "de dentro para fora". Em separações orbitais ligeiramente maiores que $a_{\rm GW}$, uma escala de lei de potência para a escala de tempo inspiradora astrofísica é assumida, enquanto a fase mais externa (antes do regime PTA) é simplesmente modelada através de um tempo de atraso.

Eu mostro que a forma e amplitude espectral do GWB são mais sensíveis a $a_{\rm GW}$ (normalizado para $10^9 M_{\odot}$, binários de massa igual e expressos em unidades gravitacionais), com dependência mais fraca do índice da lei de potência interna e do tempo de atraso externo.

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