利用 LISA 重建暗区相互作用

我们进行了一项预测分析，探讨 LISA 空间干涉仪利用高红移处的引力波（GW）标准汽笛重建暗区相互作用的能力。我们采用高斯过程方法，以模型无关的方式重建距离-红移关系。我们采用由 LISA 可见的大质量黑洞双星（MBHB）并合产生的标准汽笛模拟星表，其电磁（EM）对应体可被未来的望远镜探测到。这些星表是基于 E. Barausse (2012) 的半解析模型，考虑了 MBHB 并合演化的三种不同天体物理场景构建的。我们首先使用这些标准汽笛数据集评估 LISA 在重建真空暗能量与暗物质之间可能存在的相互作用方面的潜力。然后，我们将 LISA 宇宙学数据与为暗能量巡天（DES）模拟的超新星数据相结合。我们考虑了以 LISA 任务持续时间区分的两种场景：5 年和 10 年。仅使用 LISA 标准汽笛数据时，暗区相互作用可以从红移 $z\sim1$ 到 $z\sim3$（5 年）以及 $z\sim1$ 到 $z\sim5$（10 年）得到良好重建，但在较低红移处重建效率低下。当与 DES 数据集结合时，该相互作用在从 $z\sim0$ 到 $z\sim3$（5 年）以及 $z\sim0$ 到 $z\sim5$（10 年）的整个红移区域内均能得到良好重建。因此，MBHB 标准汽笛可用于约束通常仅探测 $z\lesssim 1.5$ 范围的超新星数据集无法达到的红移范围内的暗区相互作用。GW 标准汽笛不仅将构成探测宇宙膨胀的、相对于我们熟悉的 EM 观测而言的互补与替代方式，还将提供新的检验以约束对标准 $\Lambda$CDM 动力学的可能偏离，尤其是在高红移处。