对快速射电暴的太阳系尺度干涉测量可实现亚百分精度宇宙距离测量
宇宙学与河外天体物理
2023-05-10 v3 广义相对论与量子宇宙学
高能物理 - 唯象学
空间物理
摘要
距离为 d 的源所发出的光,由于波前弯曲,到达相距 100 AU 的探测器的时间差最大可达 120 (d/100 Mpc)^{-1} 纳秒。在吉赫兹频率下,通过干涉测量可将到达时间差确定到优于 1 纳秒。如果探测器的时空位置已知至几厘米(与甚长基线干涉测量基线和全球导航卫星系统(GNSS)地理定位的约束精度相当),纳秒级计时将可提供具有竞争力的宇宙学约束。我们表明,一个位于 >10 AU 太阳半径处的四探测器星座能够以亚百分精度测量到单个源的距离,并因此以该精度测量哈勃常数等宇宙学参数。精度随基线长度呈二次方提升。FRB 是唯一已知足够类点且明亮的外星系射电源。银河系散射在 <3 GHz 限制了计时精度,而在更高频率下精度由去除色散决定。此外,对于大于 100 AU 的基线,夏皮罗时间延迟限制了精度,但其影响可通过额外两个探测器消除。由太阳辐照度变化、尘埃碰撞和气体阻力引起的、导致探测器位置约 1 cm 不确定度的加速度,可通过类 GNSS 的每周三边测量进行校正。小行星引起的引力加速度发生在更长的时间尺度上,因此配备精密加速度计并以外遥远 FRB 校准探测器位置的设置也可能足够。所提出的干涉仪还将解析银河系脉冲星的射电发射区,约束外太阳系的质量分布,并对 ~0.01–100 微赫兹引力波达到有意义的灵敏度。
引用
@article{arxiv.2210.07159,
title = {Solar System-scale interferometry on fast radio bursts could measure cosmic distances with sub-percent precision},
author = {Kyle Boone and Matthew McQuinn},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.07159},
year = {2023}
}
备注
34 pages in preprint format; 3 figures; accepted to ApJ Letters