探测透镜诱导的引力波双折射作为广义相对论的检验

广义相对论(GR)之外的理论会修改引力波(GWs)的传播。在其中一些理论中,非均匀性(又称引力透镜)允许度规与附加场之间的相互作用引起透镜诱导的双折射(LIB):两种线性引力波偏振($+$和$\times$)的不同速度。此时非均匀性充当非各向同性晶体,将GW信号分裂为两个分量,其相对时间延迟取决于理论和透镜参数。在此我们研究GW扰频的观测前景,即当两种GW偏振间的时间延迟小于信号持续时间且探测器记录的波形发生畸变时的情况。我们分析了最新的LIGO-Virgo-KAGRA星表GWTC-3,未发现支持LIB的确凿证据。我们发现的倾向于LIB的最大对数贝叶斯因子为$3.21$,对应GW$190521$,这是一个特别强但短的事件。然而,当考虑由(高斯)噪声涨落引起的假警报时,该证据低于1-$\sigma$。来自GW$200311\_115853$的最紧时间延迟约束为$<0.51$ ms(90% C.L.)。根据未观测到GW扰频,我们约束了LIB的光学深度,考虑了视线方向上随机分布透镜(例如星系)的可能性。我们对(四次)标量-张量Horndeski理论的LIB约束在很宽参数范围内比太阳系检验更严格,并在某些极限下与GW170817相当。将GW190521解释为AGN双星(即取AGN耀发作为对应体)可得到更严格的约束。我们的结果展示了基于GW透镜的GR检验所能达到的潜力与高灵敏度。