Ожидаемые свойства первого гравитационно-волнового сигнала, обнаруженного с помощью массивов тайминга пульсаров

В этой работе мы исследуем природу первого гравитационно-волнового (GW) сигнала, который будет обнаружен с помощью массивов тайминга пульсаров (PTA): будет ли это отдельная разрешённая двойная система сверхмассивных чёрных дыр (SBHB) или стохастический фон, создаваемый суперпозицией гравитационных волн от ансамбля SBHB? Для решения этого вопроса мы анализируем широкий набор моделирований космологической популяции SBHB, которые непредвзято охватывают всё пространство параметров, допускаемое современными электромагнитными наблюдениями. Для каждого моделирования мы строим ожидаемый гравитационно-волновой сигнал и выявляем самые мощные отдельные источники. Затем мы применяем соответствующие статистики обнаружения, чтобы оценить относительную вероятность обнаружения каждого типа источника как функцию времени для различных PTA; мы рассматриваем современный Международный массив тайминга пульсаров (IPTA) и обращаемся к перспективам эпохи Square Kilometre Array (SKA). Мы также исследуем основные свойства первых обнаруживаемых отдельных SBHB. В отличие от предыдущих работ, мы выражаем результаты через вероятность обнаружения (DP), поскольку общепринятый критерий, основанный на пороге отношения сигнал/шум, зависит от используемой статистики и может приводить к ошибочным выводам для рассматриваемых здесь статистик. Наши результаты количественно подтверждают, что стохастический сигнал с большей вероятностью будет обнаружен первым: вероятность составляет от 75 до 93% в зависимости от массива, однако DP для отдельных источников не является пренебрежимо малой. Предложенная схема отличается высокой гибкостью и может быть легко расширена на более реалистичные массивы и модели сигналов, учитывающие взаимодействие с окружающей средой и эксцентриситет SBHB.