利用引力波及其电磁对应体探测修正引力理论与宇宙学

LIGO-Virgo合作组对引力波的直接探测打开了一扇新窗口，借此可以测量哈勃常数 $H_0$ 等宇宙学参数，并可以在大尺度上探测广义相对论。在本文中，我们提出了一种新的唯象方法及其推断实现，用于在确定 $H_0$ 的同时测量宇宙学尺度上对广义相对论（GR）的偏离。我们考虑在膨胀的均匀且各向同性背景中传播的引力波（GWs），但其摩擦项与色散关系相对于GR发生了修正。我们发现，单次双中子星引力波探测对引力波摩擦项的约束较差。然而，如果延迟以毫秒精度测量，包含引力波相位和引力波-伽马射线暴探测延迟的联合分析可以改善对某些引力波色散关系的约束。我们还表明，对于有质量引力，通过将100次双中子星探测与观测到的电磁对应体及宿主星系识别相结合，我们将能够分别以2%、15%和2%的精度约束哈勃常数、引力波阻尼项和引力波色散关系。我们强调，这三个参数应一起测量以避免偏差。最后，我们将该方法应用于GW170817，并证明对于我们考虑的所有引力波色散关系（包括有质量引力），引力波必定在伽马射线暴（GRB）之前约1.74秒发射。此外，在引力波合并峰值频率处，我们表明引力波群速度与 $c$ 之间的分数差 $\lesssim 10^{-17}$。