利用大质量黑洞双星引力波观测与统计红移信息约束宇宙学参数

以天琴（TianQin）为代表的星载引力波探测器有望探测到大质量黑洞双星并合所发出的引力波信号。从引力波观测中可获取光度距离信息，若能同时提取红移信息，便可进行宇宙学推断；若电磁对应体存在，则红移提取将十分直接。本文聚焦于无电磁对应体可用的保守情形，并全面研究能否通过统计方法，利用星系的非均匀分布以及黑洞质量–宿主星系核球光度关系来推断宇宙学参数。采用不同的大质量黑洞双星并合模型并假设不同的探测器配置后，我们得出结论：宇宙学参数的统计推断确实是可行的。天琴有望将哈勃常数约束到约 4%–7% 的相对误差，具体取决于底层模型。天琴与 LISA 的多探测器组网可显著提高宇宙学参数的精度。在最有利的模型下，天琴与 LISA 组网可达到 1.7% 的水平。我们发现，若无电磁对应体，对其他所有参数的约束需要更多事件数或更精确的引力波源天区定位，这可通过多探测器组网或有利的大质量黑洞并合模型实现。然而，在存在电磁对应体的乐观情形下，无论族群模型如何，都能对 Lambda-CDM 宇宙学中的所有宇宙学参数获得有用约束。此外，即使无电磁对应体，我们也能约束暗能量的状态方程，而在观测到电磁对应体时，甚至有可能研究暗能量状态方程的演化。