光谱警笛：利用致密双星完整质量分布进行宇宙学探测

我们探索将引力波致密双星源中中子星和黑洞的质量谱用作宇宙学探针。这些标准警笛源提供光度距离的直接测量。此外，质量分布中的特征（如质量间隙或峰值）会发生红移，从而对其红移分布提供独立约束。我们认为应利用整个质量谱来提供宇宙学约束。例如，我们发现 LIGO--Virgo--KAGRA 事件的质量谱引入了至少五个独立的质量“特征”：对不稳定超新星（PISN）间隙的上下边界、中子星—黑洞间隙的上下边界，以及最小中子星质量。我们发现，尽管如先前工作所示，PISN 间隙在当前探测器（2G）的宇宙学推断中占主导，但在 Cosmic Explorer 和 Einstein Telescope（3G）时代，提供最强力约束的将是下质量间隙。通过使用完整质量分布，我们证明可以打破质量演化与宇宙学演化之间的简并，除非某种天体物理合谋使完整质量分布的所有特征同时按照（非平凡的）哈勃图演化发生偏移。我们发现，这种自校准的“光谱警笛”方法有望对宇宙学和质量分布演化提供精确约束：2G 在一年内对 $z\lesssim1$ 处的 $H(z)$ 达到优于 $10\%$ 的精度，3G 在一个月内对 $z\gtrsim2$ 达到 $\lesssim1\%$ 的精度。