聆听来自宇宙的引力：GWTC-2 在宇宙学尺度上探测广义相对论

引力波（GW）星表数量正迅速增加，使得对致密双星群体的稳健统计分析成为可能。尽管如此，GW 宇宙学推断通常依赖于额外的电磁对应体或星系星表。我提出了一种仅用 GW 数据探测广义相对论宇宙学修正的新方法。我聚焦于由双星黑洞（BBH）天体物理群体约束的 GW 光度距离偏差。三个关键观测量是：1) 事件数作为光度距离的函数，2) 未分辨双星的随机 GW 背景，以及 3) 源质量分布中任何特征的位置，例如对不稳定超新星（PISN）间隙。尽管修正引力与并合率及源质量的未知演化之间存在先验简并，但 GW 振幅的大幅阻尼可能是可证伪的，因为随着红移增大，它减少事件数并降低 PISN 间隙的边界，这与标准天体物理预期相悖。将层次贝叶斯分析应用于当前 LIGO–Virgo 星表（GWTC-2），对 GW 光度距离偏差给出了迄今为止最强的约束，在 $68\%$ 置信度下得到 $c_{_M}=-3.2^{+3.4}_{-2.0}$，比多信使 GW170817 的界限好约 10 倍。这些修正也影响 BBH 质量的确定，这对于将高质量双星 GW190521 安置在远离 PISN 间隙处至关重要。在该分析中，发现群体中 $99\%$ 的最大质量向更低质量偏移且不确定性增大，在 $68\%$ 置信度下 $m_{99\%}=46.2^{+11.4}_{-9.1}M_\odot$。利用 BBH 群体在large尺度检验引力将随未来星表日益重要，提供对标准宇宙学模型的独立且自洽的检验。