来自 GW170817 的时空维数限制

在引力波与电磁波中同时对 GW170817 的观测提供了一系列对广义相对论的独特检验。我们可用此事件回答的一个问题是：大波长引力波与短频率光子是否经历相同数目的时空维数？在包含额外非紧致时空维数的模型中，引力波传播时会“泄漏”至额外维，导致观测引力波振幅减小，以及推断引力波源距离的系统误差。电磁波则不受影响。我们将由引力波观测推断的 GW170817 距离 $d_L^\mathrm{GW}$ 与电磁对应体 NGC 4993 的推断距离 $d_L^\mathrm{EM}$ 比较。我们约束 $d_L^\mathrm{GW} = (d_L^\mathrm{EM}/\mathrm{Mpc})^\mathrm{\gamma}$，其中 $\gamma = 1.01^{+0.04}_{-0.05}$（SHoES 的 $H_0$ 值）或 $\gamma = 0.99^{+0.03}_{-0.05}$（Planck 的 $H_0$ 值），所有值均为 MAP 与最小 68% 可信区间。这些约束意味着引力波在 $D=3+1$ 时空维数中传播，与广义相对论预期一致。特别地，我们发现 $D = 4.02^{+0.07}_{-0.10}$（SHoES）与 $D = 3.98^{+0.07}_{-0.09}$（Planck）。此外，我们对 $D>4$ 时空维数理论的屏蔽尺度设限，发现屏蔽尺度须大于 $\sim 20$ Mpc。我们还给出引力子寿命下限 $t > 4.50 \times 10^8$ yr。