利用单个致密双星并合及其引力波随机背景推断天体物理与宇宙学
宇宙学与河外天体物理
2025-09-03 v1 广义相对论与量子宇宙学
摘要
致密双星并合（CBC）产生的引力波（GW）为探测宇宙膨胀，特别是哈勃常数 H_0 提供了新途径。光谱 sirens 方法是 GW 宇宙学中最常用的技术之一。该方法通过 GW 光度距离（直接从数据中推断）和从 CBC 群体的源系质量分布中隐式获得的红移来获取宇宙学信息。借助 GW 探测器，CBC 群体可以作为已分辨的单个源被观测，也可以作为未分辨源产生的随机引力波背景（SGWB）被隐式观测。在本手稿中，我们研究了已分辨和未分辨的 CBC 源如何在光谱 sirens 框架中被用于约束宇宙膨胀。这一想法源于 SGWB 可以约束 CBC 的额外群体性质，从而可能提高宇宙膨胀参数的测量精度。我们表明，在 O5 设计灵敏度的 5 探测器网络中，纳入 SGWB 将提高我们排除低 H_0 值和暗物质能量分数 Ω_m 的能力，同时也有助于确定红移中可能的 CBC 峰值。虽然低 H_0 值和 Ω_m 将得到更好的约束，但我们发现 H_0 的精度主要由已分辨的光谱 sirens 提供。我们还对第三次观测运行中探测到的 59 个已分辨双黑洞源进行了光谱 sirens 分析，其逆误报率高于每年 1 次，并与 SGWB 联合进行。我们得到的结果是，在当前灵敏度下，宇宙学和群体结果不受 SGWB 纳入的影响。
引用
@article{arxiv.2503.14686,
title = {Inferring astrophysics and cosmology with individual compact binary coalescences and their gravitational-wave stochastic background},
author = {S. Ferraiuolo and S. Mastrogiovanni and S. Escoffier and E. Kajfasz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.14686},
year = {2025}
}