Constraining cosmological parameters in FLRW metric with lensed GW+EM signals
我们提出了一个独立于模型的方法来约束宇宙学参数使用FLRW度量的距离求和规则相结合的时间延迟距离和共动距离通过多信使的方法。时间延迟距离由引力波GW和相应的电磁波EM信号测量,而同动距离由独立超新星观测的参数化拟合方法获得。通过对爱因斯坦望远镜、大口径综合巡天望远镜和暗能量巡天望远镜的一系列模拟,我们发现,由于引力透镜信号的时间延迟更精确,只有10个引力透镜+电磁系统才能达到与300个引力透镜类星体系统相当甚至更强的约束功率。具体地说,宇宙学参数可以被约束为~ $k=0.01_{-0.05}^{+0.05}$和~ $H_0=69.7_{-0.35}^{+0.35}$(1 $σ$)。我们的研究结果表明,更精确的时间延迟测量可以提供更严格的宇宙学参数值,因此,透镜GW+EM系统可以作为一个强大的工具,在未来的精密宇宙学。
2019-01-30 astro-ph.CO gr-qc
On the detection of the electromagnetic counterparts from lensed gravitational wave events by binary neutron star mergers
本文研究未来引力波探测器与电磁望远镜对透镜化双中子星并合电磁对应体的可探测性,发现红外波段搜寻更有效,并指出RST和JWST具备每年探测数例此类事件的能力。
2023-07-06 astro-ph.CO astro-ph.HE
Through the lens of Sgr A$^*$: identifying and resolving strongly lensed Continuous Gravitational Waves beyond the Einstein radius
本文研究经银河系中心Sgr A*引力透镜作用的孤立中子星连续引力波,分析其信号特征与参数估计方法,发现下一代探测器可高精度探测此类系统,提升观测概率,相关方法可推广至更多透镜与源,为天体物理和基础物理研究提供新工具。
2024-01-31 astro-ph.CO gr-qc
Precision Joint Constraints on Cosmology and Gravity Using Strongly Lensed Gravitational Wave Populations
School of Physics and Technology, Wuhan University(武汉大学物理科学与技术学院)
该研究提出贝叶斯框架,利用强引力透镜引力波事件群体特征联合约束哈勃常数和后牛顿参数,直接从统计特性提取信息,不依赖其他因素,模拟表明其精度超现有方法,凸显了透镜化GW群体统计在探测宇宙和引力方面的潜力。
2026-07-29 astro-ph.CO gr-qc
Wave-Optics Imprints of Dark Matter Subhalos on Strongly Lensed Gravitational Waves
GRAPPA Institute, University of Amsterdam(阿姆斯特丹大学 GRAPPA 研究所);Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo(东京大学 Kavli 宇宙物理与数学研究所(WPI))
通过引力波强透镜效应探测暗物质次亚结构,利用LISA频段内的频率依赖性放大效应,揭示亚星系尺度暗物质结构。
2026-03-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Localizing merging black holes with sub-arcsecond precision using gravitational-wave lensing
现有的引力波定位方法主要依赖于电磁波源。不幸的是,二元黑洞不发光。因此,通常不可能精确地定位这些对象。然而,强透镜引力波,这是预测在这十年中,可以让我们定位双星定位其透镜主机星系。确定正确的宿主星系是具有挑战性的,因为在引力波观测所覆盖的天空区域内有数百到数千个其他透镜星系。然而,我们可以通过引力波和电磁观测来限制透镜星系的物理性质。我们表明,这些同时约束允许本地化四重透镜波的一个或最多几个星系的LIGO/室女座/卡格拉网络在典型的情况下。一旦我们确定了宿主,我们就可以将双星定位在宿主星系内的两个亚角秒区域。此外,我们演示了如何使用该系统来测量哈勃常数作为一个证明的原则应用。
2020-08-18 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Constraining the lensing of binary black holes from their stochastic background
引力波与电磁辐射一样,也会受到引力透镜的影响。然而,迄今为止,尚未报告明确观察到晶状体GW瞬变。另外,GW观测站继续寻找由许多高红移瞬变事件产生的随机GW信号。我们利用了一个令人惊讶的连接之间的透镜的个别瞬态和限制的背景辐射产生的未解决的人口的二进制背孔合并:我们表明,它约束的分数个别可分辨透镜的二进制黑洞小于$\sim 4\times 10^{-5}$在目前的灵敏度。我们澄清现有的解释,低红移GW观测(假设没有透镜)在其明显的透镜红移和群众,并探讨在未来的敏感性GW天文台的约束。根据我们的研究结果,最近声称的观测透镜事件统计不利。
2020-12-23 astro-ph.CO gr-qc
Prospect of Measuring the Cosmic Dipole by Associating Strongly Lensed Gravitational Waves with Galaxy Surveys
International Center for Theoretical Physics Asia-Pacific, University of Chinese Academy of Sciences(国际理论物理中心亚太,中国科学院大学);Taiji Laboratory for Gravitational Wave Universe, University of Chinese Academy of Sciences(太极引力波宇宙实验室,中国科学院大学)
本文探讨利用强透镜引力波事件测量宇宙双极矩的可行性,通过模拟Einstein Telescope和Cosmic Explorer的观测,预测在10年的观测中可以检测到与CMB和数计测量一致的双极矩幅度,并通过结合双透镜事件与三或四透镜事件的约束进一步提高对双极矩的限制。
2026-07-15 astro-ph.CO gr-qc
Complementary constraints on dark energy equation of state from strongly lensed gravitational wave
研究表明,强引力透镜的时间延迟不仅是约束哈勃常数、物质密度和宇宙曲率的一种有效的宇宙学探索,而且对于打破暗能量状态方程的简并性也是有用的,从而与其他流行的探索,如Ia型超新星、重子声学振荡和宇宙微波背景辐射等提供了互补。有趣的是,与传统的强透镜系统相比,类星体作为源,强透镜的引力波(GWs)从紧凑的双合并和他们的电磁(EM)的同行者系统最近已被提出更强大的研究宇宙学,因为GWs和他们的EM同行者是瞬态的。短持续时间的GW及其EM对应物对于时间延迟测量和透镜轮廓建模是非常有利的。在CPL参数化的框架下,我们研究了强透镜GW系统的时延测量对暗能量状态方程约束功率的改善.建议在第三代地基探测器如爱因斯坦望远镜的基础上,仅对Ia型超新星和宇宙微波背景辐射增加30个强透镜GW系统的时间延迟,就可以将暗能量优值提高2倍。对于传统的标准海妖方法,其中的全球Ws的光度距离的不确定度是$\sim10\%$,一些$\times~10^4$事件预计将提出类似的约束。在精密宇宙学时代,这一进展对于研究暗能量的本质具有重要意义。
2019-04-26 astro-ph.CO gr-qc
Challenges and Opportunities for time-delay cosmography with multi-messenger gravitational lensing
本文探讨了用引力波信号替代电磁信号进行时间延迟宇宙学的可行性,比较了两种信号的异同,指出天体测量精度是关键挑战,并强调引力波近乎完美的时间延迟测量具有重大潜力。
2025-02-06 astro-ph.CO
Improved statistic to identify strongly lensed gravitational wave events
随着探测到的引力波源数量的增加和引力波观测站灵敏度的提高,观测强透镜事件对将成为可能。透镜GW事件将具有非常精确测量的时间延迟以及放大率。如果相应的透镜系统可以被电磁识别,并且透镜和宿主星系的红移可以被测量,这样的事件可以用来约束透镜系统的重要天体物理参数。由于大多数透镜事件将具有将显著小于GW事件定位不确定性的图像分离,因此重要的是,我们开发将有助于稳健识别此类透镜事件的诊断。我们定义了一个新的统计的基础上的联合概率的透镜观测,可以用来区分透镜对事件的unlensed的。为此,我们进行了模拟的GW事件的相对时间延迟,相对放大率细分的透镜图像的类型来推断的分布。我们比较这种分布随机unlensed事件对获得类似的。我们改进的统计量可以用来改善现有的排名方法所采用的搜索管道,以向下选择联合参数估计的事件对。我们获得的分布可以进一步用于定义候选透镜事件的联合参数估计分析中的更多信息先验。
2021-11-04 astro-ph.CO
Anomalies in Time Delays of Lensed Gravitational Waves and Dark Matter Substructures
冷暗物质的分级大尺度结构的形成的情况下预测的存在丰富的subhalos周围的大型星系。然而,观测到的矮星系的数量与理论预测相差甚远,这表明大多数的暗晕可能是黑暗的或相当微弱的。引力透镜是一种强有力的工具,可以直接探测质量分布,而不管它是可见的还是暗的。强透镜类星体系统中的时间延迟异常与探测星系中暗物质亚结构的通量比异常是互补的。在这里,我们建议,透镜引力波检测的第三代地面探测器与相当准确的时间延迟测量可能是一个更好的工具,这项研究比传统的技术。结合高质量的图像的透镜的主机星系的电磁对应测量,透镜GW信号可以使系统误差所造成的暗物质子结构检测在百分之几的水平,这取决于它们的质量函数,内部分布的subhalos和透镜系统的配置。
2018-09-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Apparent Superluminality of Lensed Gravitational Waves
我们考虑引力波(GW)源与相关的电磁(EM)对应物,并分析在透镜的存在下,两个信号之间的时间延迟。如果GW具有与天体物理透镜的史瓦西半径相当的波长,则必须用波动光学来处理它们,而EM波通常在几何光学的近似范围内。通过具体的例子,我们确认GW信号永远不会在EM对应物之前到达,如果两者同时发出。然而,在二进制的螺旋期间,GW波形的峰值可以在它们的EM对应物之前到达。我们强调,这只是一个明显的superluminality,因为GW波形都扭曲,并进一步延迟相对于光。无论如何,测量多信使时间延迟并正确解释它对于揭示透镜的分布,测试引力的性质以及探索宇宙膨胀历史具有重要意义。
2020-07-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Strong-lensing of Gravitational Waves by Galaxy Clusters
强透镜引力波(GW)源的发现将揭示出比没有透镜的情况下更高红移和更低内禀光度的致密双星。这样的系统将产生前所未有的限制质量分布在星系团,测量的极化GW,测试的广义相对论,并限制哈勃参数。我们对这些前景感到兴奋,并对LIGO-Virgo早期探测到的所谓“重黑洞“的存在感兴趣,我们开始在第二次LIGO观测运行(O2)的后期阶段寻找强透镜GW和可能的电磁对应物。在这里,我们总结了我们对强透镜GW检测率的计算,描述了我们对O 1 BBH检测的回顾,概述了我们在O2中的观测策略,总结了我们对GW 170814的后续观测,并讨论了未来的检测前景。
2018-03-21 astro-ph.CO gr-qc
The impact of strong lensing on Hubble constant measurements with gravitational-wave dark sirens
University of Glasgow(格拉斯哥大学);Korea Astronomy and Space Science Institute(韩国天文与空间科学研究所);Université Catholique de Louvain(天主教鲁汶大学);Royal Observatory of Belgium(比利时皇家天文台)
本文提出利用强引力透镜作用于暗 sirens 和银河系来测量哈勃常数,通过模拟数据提高测量精度,显示使用8个强引力透镜暗 sirens 可将哈勃常数精度提高约50%。
2026-03-24 astro-ph.CO gr-qc
GLANCE -- Gravitational Lensing Authenticator using Non-Modelled Cross-Correlation Exploration of Gravitational Wave Signals
本研究提出名为GLANCE的强透镜引力波信号探测技术,利用偏振引力波含噪重构信号的互相关量化透镜显著性,结合贝叶斯框架联合估计源与透镜参数,在合成数据中验证了其在低信噪比下的探测与参数约束能力。
2024-08-17 astro-ph.CO gr-qc
Direct test of the FLRW metric from strongly lensed gravitational wave observations
大尺度均匀性和各向同性的假设是我们熟悉的Friedmann-Lema\^itre-Robertson-Walker(FLRW)度规的基础,它似乎是我们宇宙的准确描述。在本文中,我们提出了一种新的策略来测试的有效性FLRW度规,基于银河系尺度的透镜系统,强透镜引力波和他们的电磁同行可以同时检测。每一个强透镜系统都创造了推断宇宙曲率参数的机会。因此,许多这样的系统的组合分析将提供一个独立于模型的工具来测试FLRW度量的有效性。我们的研究表明,第三代地基GW探测器,如爱因斯坦望远镜(ET)和天基探测器,如大爆炸观测器(BBO),是有前途的曲率参数的确定或可能的检测偏离FLRW度量。FLRW度量的这种精确测量可以成为精确GW宇宙学的里程碑。
2019-10-23 astro-ph.CO
Direct measurement of the distribution of dark matter with strongly lensed gravitational waves
在这封信中,我们提出了一个新的想法,探测暗物质的分布表现出弹性和速度无关的自相互作用。这些相互作用可能在强透镜引力波的多次测量中被揭示出来,可以通过观测来探索,以确定自散射的强度。具体地说,每一个星系尺度的强透镜系统,其源是一个合并的紧凑的二进制发射引力波将提供一个独立的模型测量的剪切粘度的暗物质沿视线。这些单独的测量可能是对暗物质及其性质的大尺度分布的探测。我们的研究结果表明,10-1000强透镜引力波从ET和DECIGO,强大的约束大规模的自相互作用暗物质的分布可能会产生。与在电磁域中获得的保守估计相比,还期望对与星系和星系团尺度相关的每单位质量的暗物质散射截面($σ_χ/m_χ$)有更严格的限制。最后,我们讨论了我们的方法在自相互作用的暗物质粒子物理的背景下的有效性。
2022-02-17 astro-ph.CO
Strongly Lensed Transient Sources: A Review
在过去的几十年里,引力透镜在两个主要目标方面取得了很大进展:恒星和星系(具有活动星系核)。这一成功部分归功于这些光源的持续发光,使得检测和监测相对容易。随着正在进行和即将进行的各种电磁波和引力波波段的大型设施/调查的运行,时域调查时代将保证不断探测强透镜爆炸瞬态事件,例如各种类型的超新星、所有波段的有余辉的伽马射线暴、快速射电暴,甚至引力波。在研究宇宙中,透镜瞬变比传统的目标有许多优点,放大效应有助于理解高红移下的瞬变本身。本文根据近年来的研究成果,综述了各种瞬态透镜信号的探测方法、最新的探测结果及其在基础物理、天体物理和宇宙学中的应用。同时,对这一新兴的研究方向进行了补充评述和展望,希望对有意进入这一领域的读者有所帮助。
2022-11-07 astro-ph.CO astro-ph.HE
Improved Identification of Strongly Lensed Gravitational Waves with Host Galaxy Locations
School of Physics and Optoelectronic Engineering, Yangtze University(长江大学物理与光电工程学院);School of Physics and Technology, Wuhan University(武汉大学物理科学与技术学院)
本文提出一种贝叶斯框架,利用欧几里得星系透镜目录中的位置先验信息,提升强引力透镜引力波的识别能力,通过两步重新加权方案,显著提高透镜识别的贝叶斯因子,增强识别鲁棒性。
2025-12-11 astro-ph.CO
Signatures of dark and baryonic structures on weakly lensed gravitational waves
本文研究了LISA任务探测暗物质晕、星系及超大质量黑洞在引力波透镜化中引起的波动光学特征的能力,发现此类特征对暗物质晕性质高度敏感,是探测暗物质与重子结构的绝佳探针。
2024-07-04 astro-ph.CO gr-qc
Breaking the mass-sheet degeneracy with gravitational wave interference in lensed events
质量片简并是引力透镜中一个众所周知的问题,它限制了我们从观测中推断天体物理透镜性质或宇宙学参数的能力。随着引力波观测数量的增加,探测透镜事件的可能性将越来越大,评估质量片简并如何影响它们至关重要。在这里,我们研究分析和数值如何透镜波形的质量片简并计算放大因子从衍射积分的影响。特别是,我们区分几何光学,波动光学和干涉制度,专注于地面引力波探测器。与电磁辐射的引力透镜的预期一致,我们确认如何,在几何光学的情况下,质量片简并不能被打破只有一个透镜图像。然而,我们发现,在干涉制度,部分在波动光学制度,质量片简并可以打破只有一个透镜波形由于信号的特征干涉图案。最后,我们量化,通过模板匹配,如何以及质量片退化可以被打破。我们发现,在目前的GW检测器的灵敏度和考虑信号的强烈,已经检测到的,质量片简并可能导致$1σ$不确定性的透镜质量的$\sim 12\%$。有了这些值,MSD可能仍然是一个有问题的问题。但是在具有较高信噪比的信号的情况下,不确定性可以下降到$\sim 2\%$,其小于通过动态质量测量实现的当前不确定性。
2021-04-14 astro-ph.CO
Identifying strongly lensed gravitational waves through their phase consistency
本文提出一种基于相位一致性快速筛选强引力透镜引力波候选事件的方法,利用相位后验距离排除非透镜事件对,显著降低误报率,并有助于电磁后随观测。
2023-10-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Enhanced Localization of Dark Lensed Gravitational Wave Events Enables Host Galaxy Identification and Precise Cosmological Inference
提出第三代地基引力波探测器通过多像透镜事件网络将定位精度提升10倍以上,实现宿主星系识别,并以“暗透镜标准汽笛”将哈勃常数测量精度提升至约1%。
2025-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE
Discovering gravitationally lensed gravitational waves: predicted rates, candidate selection, and localization with the Vera Rubin Observatory
引力波(GW)被引力透镜化的可靠确认将首次将广义相对论的这两大支柱结合在一起。这一突破具有挑战性的原因有很多,包括:GW天空定位的不确定性使引力透镜的角尺度相形见绌,引力透镜的质量和结构是多样的,恒星残余致密天体的质量函数尚未得到很好的约束,GW探测器不能连续运行。我们介绍了一种新的方法,是不可知的透镜的质量和结构,比较不同的方法的效率透镜GW的发现,并探讨检测透镜kilonova同行作为一个直接的方法定位候选人。我们的主要结论是:(1)透镜中子星合并(NS-NS)被放大到NS和黑洞之间的“质量间隙”中,因此从具有高质量间隙概率的公共GW警报中选择候选者是有效的,(2)在2020年代中期,可检测的透镜NS-NS的速率将接近每年一次,(3)透镜NS-NS图像之间的到达时间差为$1\,\rm sec\lesssimΔt\lesssim1\,year$,因此与GW探测器和光学望远镜的操作很好地匹配,(4)透镜kilonova对应物在峰值时很微弱(例如,$r_{\rm AB}\simeq24-26$在20世纪20年代中期),迅速衰落($d<2\,\rm days$),并可通过大型宽视场望远镜的机会观测目标检测到。例如,只有$\lesssim0.25$ %的Vera C.鲁宾天文台的观测时间将足以每年跟踪一个定位良好的候选者。我们的预测也提供了一个物理上明确的基础,探索电磁令人兴奋的新的“质…
2023-01-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmography with strong lensing of LISA gravitational wave sources
LISA可能会探测到大质量黑洞双星合并产生的引力波,这些双星被居间星系强烈透镜化(Sereno et al. 2010)。对多重引力透镜事件的探测将为宇宙学提供一种新的工具。通过利用强透镜源的透镜统计或透镜引力波信号的时间延迟测量,可以对宇宙学参数进行约束。这些透镜方法不需要测量源的红移和识别它们的电磁对应物。他们将宇宙学探测扩展到红移z <= 10,然后补充其他较低或较高的红移测试,如Ia型超新星或宇宙微波背景。透镜测试的准确性强烈依赖于合并双星的形成历史,以及相关的总可检测的多重图像的数量。透镜放大也可能有助于找到宿主星系。任何对源红移的测量都可以利用距离红移测试与透镜方法相结合。时间延迟分析可以测量哈勃参数H_0,其精度为>= 10 km s^{-1}Mpc^{-1}。有了H_0的先验知识,透镜统计和时间延迟可能会限制暗物质密度(由于参数简并,Δ Omega_M >= 0.08)。将我们的方法与其他可用的正交技术相结合,可能会显着降低Omega_M和暗能量状态方程的不确定性轮廓。
2011-04-11 astro-ph.CO gr-qc
Testing the speed of gravitational waves over cosmological distances with strong gravitational lensing
探测引力波和光的相对速度是对广义相对论和其他引力理论的重要检验。测量引力波和电磁波的到达时间可以用来测量相对速度,但前提是光子和引力波的发射之间的内在时滞是很好理解的。在这里,我们提出了一种方法,不做这样的假设,使用未来的强透镜GW事件和EM对应物; Biesiada等人预测,爱因斯坦望远镜每年将观察到50-100强透镜GW事件。如果在观测伽马射线暴监测器的视场内观测到高能EM对应物,则单个强透镜GW事件将在$10^{-7}$水平上对GW和光的速度比产生鲁棒约束。
2017-01-24 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
New probe of gravity: strongly lensed gravitational wave multi-messenger approach
星系的强引力透镜为我们提供了一个独特的机会来了解银河系和河外尺度上的引力性质。本文提出了一种新的多信使方法,利用引力波(GW)和相应的电磁波(EM)的数据来推断修正引力(MG)理论的尺度依赖唯象参数所表示的约束。为了证明这种方法的鲁棒性,我们计算的时间延迟预测,通过选择不同的值的唯象参数,然后将它们与广义相对论(GR)。对于第三代地面GW观测站,在一个典型的强透镜GW+EM事件下,假设恒星速度色散的主导误差为5%,GW时延数据可以分辨出几十千秒差距尺度上的18% MG效应,置信水平为$68\%$。在广义相对论和奇异等温球质量模型的假设下,时间延迟与成像数据之间存在一种简化的一致性关系。该关系式不需要速度弥散测量,因此可以避免较大的不确定性。通过使用这种关系,多信使方法能够区分$8\%$ MG效应。我们的研究结果表明,GW多信使方法可以发挥重要作用,揭示银河系和河外尺度上的引力的性质。
2020-03-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Testing cosmic opacity with the combination of strongly lensed and unlensed supernova Ia
在本文中,我们提出了一个以Ia超新星为背景源,结合当前和未来对Ia型超新星样品和银河尺度强引力透镜系统的测量,以独立于宇宙模型的方式研究宇宙不透明度的方案。观测资料包括目前新编制的Ia超新星资料(万神殿样本)和即将到来的大型综合巡天望远镜(LSST)观测到的Ia超新星模拟样本,这些样本是为光度距离拍摄的($D_L$)可能受到宇宙不透明度的影响,以及LSST观测到的强透镜型Ia超新星,其负责提供不受宇宙不透明度影响的观测时间延迟距离($D_{Δt}$)。两个参数化,$τ(z)=2βz$和$τ(z)=(1+z)^{2β}-1$被采用的光学深度与宇宙吸收。只关注一种特定类型的标准宇宙探测器,这提供了一种高精度测量宇宙不透明度的原始方法。通过对LSST观测到的强透镜Ia型超新星10年$z$波段的模拟样本的研究,我们的结果表明,结合目前新编制的Ia型超新星数据(Pantheon样本),在目前的观测数据水平上,宇宙的透明度没有明显的偏差。此外,在10年LSST $z$波段搜索中,强透镜型Ia型超新星将对宇宙透明度的有效性产生更强的约束(以$Δβ=10^{-2}$的精度),在未来的LSST调查中检测到更大样本的非透镜型Ia型超新星。我们还讨论了如何改进我们的方法,结合当前和未来的可用数据在引力波(GW)和电磁(EM)域。
2019-10-23 astro-ph.CO
Gravitational-wave cosmological distances in scalar-tensor theories of gravity
我们分析了标量-张量引力理论中高频引力波(GW)的传播,目的是研究从GW测量中推断出的宇宙学距离的性质。通过使用对称性原理,我们首先确定GW线性化方程和GW能量动量张量的最一般结构,假设GW以光速移动。修改后的引力效应被编码在少量参数中,我们研究了在协变设置中确保引力子数守恒的条件。然后,我们将我们的一般性研究结果的情况下,GW通过扰动宇宙时空传播,推导出的GW光度距离$d_L^{({\rm GW})}$和GW角距离$d_A^{({\rm GW})}$的表达式。本文首次在标量-张量框架下证明了扰动宇宙中Etherington互易律$d_L^{({\rm GW})}\,=\,(1+z)^2\,d_A^{({\rm GW})}$的有效性。我们发现,除了GW的光度距离,也可以修改GW角距离相对于广义相对论。我们讨论了这一结果的影响,引力透镜,聚焦于时间延迟的透镜GW和透镜光子同时发射的多信使事件。我们明确地显示了如何修改重力效应之间的补偿不同系数的GW的时间延迟公式:透镜GW到达的同时,他们的透镜电磁对应,在协议的因果关系约束。
2021-06-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Impact on time delays due to milli-lensing by subhalos on lensed gravitational waves
Department of Physics, Dr. Vishwanath Karad MIT World Peace University(德拉·维斯瓦纳特·卡拉德麻省理工学院世界和平大学物理系);Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics(大学间天文学和天体物理学中心);Kavli IPMU (WPI), UTIAS, The University of Tokyo(卡弗里宇宙物理学与数学起源研究所(WPI),东京大学宇宙射线研究所);Department of Physics, Indian Institute of Science Education and Research(印度科学教育与研究机构物理系)
本文研究暗物质亚晕($10^6-10^9 M_\odot$)对透镜引力波时间延迟的影响,发现NFW亚晕可造成数小时扰动,可能影响强透镜搜索,且未产生毫像。
2026-11-10 astro-ph.CO
Wave-optics imprints of dark matter subhalos on strongly lensed gravitational waves. II. Saddle images and detectability
GRAPPA Institute, University of Amsterdam(阿姆斯特丹大学 GRAPPA 研究所);Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo(东京大学宇宙物理与数学研究所(WPI))
本文扩展了强引力透镜引力波中暗物质子晕的波动光学干涉印记计算至鞍点像,并评估了LISA对其联合信号的可探测性,发现子晕在两种像奇偶性中均引起百分比级的振幅和相位调制,在62%的模拟实现中可实现5σ以上联合探测。
2026-06-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Measurements of the Hubble constant and cosmic curvature with quasars: ultra-compact radio structure and strong gravitational lensing
虽然哈勃常数$H_0$和空间曲率$Ω_{K}$已经被非常高的精度测量,但它们仍然受到一些张力的影响。本文提出了一种改进的方法,将射电类星体的超致密结构观测和强引力透镜观测结合起来,以类星体为背景源,同时测定$H_0$和$Ω_{K}$。通过对7个强透镜系统和120个中光度类星体的时间延迟测量,应用距离和定则得到了对哈勃常数($H_0=78.3\pm2.9 \mathrm{~km~s^{-1}~Mpc^{-1}}$)和宇宙曲率($Ω_K=0.49\pm0.24$)的严格约束.一方面,在平坦宇宙的框架下,测量的哈勃常数($H_0=73.6^{+1.8}_{-1.6} \mathrm{~km~s^{-1}~Mpc^{-1}}$)与由局域距离阶梯得到的结果有很强的一致性,精度为2%.另一方面,如果我们使用局部$H_0$测量作为先验,我们的结果与零空间曲率($Ω_K=0.23^{+0.15}_{-0.17}$)勉强兼容,并且与平坦宇宙没有显着偏差。最后,我们还评估了强透镜类星体是否会产生强大的约束$H_0$和$Ω_{K}$在非平坦和平坦的$Λ$ CDM模型,如果紧凑的无线电结构测量可从VLBI观测。
2020-11-02 astro-ph.CO gr-qc
Measuring the Hubble constant with strongly lensed gravitational waves from space-based detector networks
Center for Gravitational Wave Experiment, National Microgravity Laboratory, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院力学研究所微重力实验室引力波实验中心);Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University(北京大学天体物理与天文卡尔弗利研究所);Key Laboratory of Dark Matter and Space Astronomy, Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences(中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文重点实验室);School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学天文与空间科学学院);International Centre for Theoretical Physics Asia-Pacific, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学亚太理论物理中心);Taiji Laboratory for Gravitational Wave Universe (Beijing/Hangzhou), University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学太极引力波宇宙实验室(北京/杭州))
本文研究利用未来空间探测器网络探测大质量双黑洞并合产生的强引力透镜引力波信号,通过联合分析多个事件约束哈勃常数,并比较有无源红移信息时的测量精度。
2026-05-27 astro-ph.CO
Diffractive lensing of nano-Hertz gravitational waves emitted from supermassive binary black holes by intervening galaxies
本文研究居间星系对超大质量双黑洞纳赫兹连续引力波的衍射透镜效应,量化振幅、相位变化及CPTA与SKA-PTA的可探测数量,并探讨电磁识别途径。
2023-07-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Model-independent way to determine the Hubble constant and the curvature from phase shift of gravitational waves with DECIGO
本研究提出一种结合DECIGO引力波相位修正与射电类星体标准尺的模型无关方法,可同时测定哈勃常数与宇宙曲率,模拟显示其精度有望比肩普朗克卫星结果,助力解决哈勃与曲率张力问题。
2024-04-11 astro-ph.CO
Arrival time differences between gravitational waves and electromagnetic signals due to gravitational lensing
在这项研究中,我们证明了广义相对论预测引力波(GW)和电磁(EM)信号之间的到达时间差所造成的波效应在引力透镜。在某些情况下,如果GW/EM信号已经穿过透镜,则GW信号可以比EM信号到达$earlier$,即使两个信号由源同时发射。GW波长远大于EM波长;因此,如果透镜质量小于约$10^5 {\rm M}_\odot (f/{\rm Hz})^{-1}$,GW的传播不遵循几何光学定律,包括夏皮罗时间延迟,其中$f$是GW频率。如果信号通过质量为$\sim 8000{\rm M}_\odot (f/{\rm Hz})^{-1}$且碰撞参数小于爱因斯坦半径的透镜,则到达时间差可以达到$\sim 0.1 \, {\rm s} \, (f/{\rm Hz})^{-1}$;因此,对于较低的GW频率,到达时间差更加突出。例如,当银河系中心的一个遥远的超大质量黑洞双星(SMBHB)被一个介入的星系透镜化时,时间滞后变成$10$天的数量级。未来的脉冲星定时阵列,包括SKA(平方公里阵列)和X射线探测器可能会通过测量SMBHB中GW/EM信号之间的轨道相位差来检测几个时间滞后。引力透镜在啁啾波形上留下了特征调制的印记;因此,我们可以推断出测量的到达时间滞后是由源的固有特性还是引力透镜引起的。到达时间差的测定在多信使观测和广义相对论的检验中是极其有用的。
2016-12-30 astro-ph.CO gr-qc
Cosmic Equation of state from Strong Gravitational Lensing Systems
宇宙的加速膨胀对物理学和宇宙学都是一个巨大的挑战。在缺乏令人信服的理论解释的情况下,用宇宙物态方程对这一现象进行有效的描述是有用的。现代宇宙学的力量在于独立的、往往不相关的证据之间的一致性。因此,任何一种限制宇宙物态方程的方法都是重要的。强引力透镜类星体星系系统通过结合恒星运动学(中心速度色散测量)和透镜几何学(从图像位置确定爱因斯坦半径)创造了这样的新机会。本文将这种方法应用于SLACS和LSD引力透镜观测的组合数据集。结果得到了宇宙状态方程参数,与文献中已知的结果基本一致。这表明该方法可以进一步用于将来获得的更大样品。独立注意到标准蜡烛和标准尺上完成的拟合之间的系统偏差在我们的研究结果中被揭示。我们还确定了一个重要的选择效果至关重要的我们的方法与几何配置的透镜系统沿视线,这可能会有后果的样品建设从未来的透镜调查。
2011-05-04 astro-ph.CO
Probing charge of compact objects with gravitational microlensing of gravitational waves
本文研究利用引力波微透镜效应约束带电致密天体电荷的可行性,通过构造带电透镜势和透镜化波形并采用近似似然分析,发现该方法难以约束黑洞电磁电荷,但可能对修改引力模型或裸奇点等奇异天体给出适度限制。
2025-01-09 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational wave lensing: probing Fuzzy Dark Matter with LISA
本文研究 LISA 观测双大质量黑洞并合引力波时的波动光学透镜效应,提出利用频率相关衍射特征识别 FDM 晕的孤子核并区分 FDM 与冷暗物质。
2025-07-11 astro-ph.CO gr-qc
Constraints on cosmic curvature with lensing time delays and gravitational waves
假设采用$Λ$ CDM模型,CMB和BAO观测表明宇宙是非常平坦的。因此,独立于模型的测量值得研究。在透镜类星体中测量的时间延迟提供了时间延迟距离。与超新星Ia观测的光度距离相比,在FLRW度规的距离求和规则下,测量值可以提供曲率信息。这种方法受到Ia超新星低红移的限制。在这项工作中,我们建议从爱因斯坦望远镜的引力波作为标准的警报器,达到更高的红移覆盖的红移范围的透镜类星体从大天气巡天望远镜,可以提供更严格的约束的曲率。我们首先考虑一个保守的情况下,只有100个引力波与电磁对应,曲率参数$Ω_k$的$1σ$不确定度为0.057。在具有1000个可用信号的乐观情况下,则$Ω_k$不确定性为0.027。结合暗能量调查的SNe Ia,$Ω_k$可以进一步分别被限制为0.027和0.018。
2019-04-03 astro-ph.CO
Testing the Etherington's distance duality relation at higher redshifts: the combination of radio quasars and gravitational waves
本文分析了最新的宇宙学数据集的含义,以检验在同一红移下连接光度距离$D_L$和角直径距离$D_A$的Etherington距离对偶关系(DDR)。对于$D_L$,我们考虑的是第三代引力波探测器(Einstein Telescope,ET)的引力波模拟数据,它可以被看作是标准烛光(或标准警笛),而角直径距离$D_A$则是由新编辑的甚长基线干涉测量(VLBI)观测到的致密射电类星体样本得到的,它代表了一种新的宇宙学标准标尺。减轻宇宙中尘埃的吸收和散射效应,这将创造一个宝贵的机会,通过结合引力波(GW)和电磁(EM)信号,以更高的精度直接测试DDR。结果表明,结合现有射电类星体观测资料,可以在$10^{-2}$的精度下验证对偶距离关系。此外,爱因斯坦望远镜ET将对这种距离对偶关系的有效性产生更强大的约束(在$10^{-3}$的精度上),在未来的VLBI调查中检测到更大样本的紧凑毫弧秒射电类星体。
2019-02-06 astro-ph.CO gr-qc
High accuracy on $H_0$ constraints from gravitational wave lensing events
鉴于在多信使天文学中新开辟和迅速增长的引力波窗口,为了充分利用我们所提供的新机会,需要新的想法来更好地和更深入地利用我们所处理的最先进的探测器。遵循这一目标,在这里,我们提出了一种方法来约束宇宙学背景,特别是哈勃常数,由未来的观测引力透镜辐射发射的一个单一的源在引力波和电磁制度。事实上,引力波辐射的透镜效应可以在相应的波形中留下清晰的印记,我们想分析这种测量是否可以成功地用于更好地约束宇宙学背景。因此,利用波动光学的引力波透镜信号,和标准的几何光学近似的电磁,我们研究了不同的宇宙学参数的影响的值的到达时间延迟由于引力透镜,给定特定的引力波频率,质量模型的透镜,红移和位置(相对于透镜)的源。虽然引力波的透镜率预计是低的,我们表明,即使是一个单一的透镜事件,结合先前的$Ω_m$从\textit{Planck},可以为我们提供一个不确定性$H_0$与目前的独立探测器在“悲观”的情况下(脉冲星群类似于目前的脉冲星定时阵列状态),在乐观的情况下,小两个数量级(观察到的恒星数量与平方公里阵列的预期数量一样大)。因此,它在解决哈勃紧张关系中的作用可能是决定性的。
2020-11-04 astro-ph.CO
Galaxy lens reconstruction based on strongly lensed gravitational waves: similarity transformation degeneracy and mass-sheet degeneracy
本文分析暗警笛强引力透镜引力波中的相似变换与质量片简并,明确不同信号数量的重建能力,并指出EM红移、爱因斯坦半径及速度弥散观测对解除简并的作用。
2024-06-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic equation of state from combined angular diameter distances: Does the tension with luminosity distances exist?
利用一个相对完整的四个角直径距离(ADD)观测数据和代表当前光度距离(LD)的%合成SN+GRB组合观测数据,研究了在三类暗能量状态方程(EoS)重建情况下,这两种宇宙学距离相容性之间的%张力。特别是,我们使用强引力透镜系统,从各种大型系统的引力透镜调查和星系团,产生哈勃常数的两个角直径距离之间的独立比率$D_{ls}/D_s$数据。我们的研究结果表明,与更一般类别的标准标尺数据,ADD和LD数据是兼容的$1σ$水平。其次,我们注意到,ADD和LD数据%之间的一致性是盲目的,无论EoS参数化:有一个普遍探索的CPL模型和宇宙状态方程的其他配方之间的良好匹配。特别是对于用$β=-2$截断的GEoS模式,用ADD和LD得到的结论几乎一致。最后,统计分析的广义暗能量状态方程上进行的四类ADD数据提供了严格的约束的EoS参数$w_0$,$w_β$和$β$,这表明,暗能量是一个次主导的组成部分在早期。此外,用$β\simeq 1$参数化GEoS似乎是一个更有利的描述宇宙状态方程的双参数模型,因为组合的角直径距离数据(SGL+CBF+BAO+ WMAP 9)提供了最佳拟合值$β=0.751^{+0.465}_{-0.480}$。
2014-10-24 astro-ph.CO
Gravitational-wave standard sirens and application in cosmology
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);School of Astronomy and Space Sciences, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学天文与空间科学学院);Department of Astronomy, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学天文学系);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家天文台)
综述引力波标准汽笛原理,通过双中子星并合、双黑洞并合及透镜化暗汽笛三种类型,展示其测量哈勃常数和暗能量参数的方法与前景。
2026-06-17 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational Grating
本文研究了来自遥远类星体的电磁波(EW)与双星产生的引力波(GW)的相互作用。而在几何光学的制度,由于这种相互作用的光弯曲是可以忽略不计的,我们表明,相移的波前上的EW可以产生的衍射图案上的观察者平面。光(波长为$λ_e$)被发挥{ \it引力光栅}(波长为$λ_g$)作用的引力波衍射时的衍射角为$Δβ\sim λ_e/λ_g$。观测者、引力波源和类星体的相对运动通过观测者平面上的干涉图样导致观测者的相对运动。这种条纹交叉的结果是在微波波长的几个小时的周期的类星体的光变曲线的调制。对于一个具有多个图像的类星体来说,观测这种现象的光学深度是$τ\simeq 0.2$,这些图像被一个星系强烈地透镜化,其中一些图像的光轨迹穿过透镜星系。通过改变强透镜类星体中多个像的光变曲线的时间延迟,消除类星体的本征变化,可以探测到我们想要的信号,这是一种新的探测类星体的方法。
2018-08-10 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Electromagnetic follow-up of gravitational waves: review and lessons learned
本文综述引力波事件电磁后续观测的动机、挑战、GW170817千新星发现及2017年以来搜索进展,总结提升警报信息效率的经验与未来设施方向。
2024-10-23 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Gravitational wave lensing beyond general relativity: birefringence, echoes and shadows
引力波(GW),作为光,被介入的物质引力透镜,偏转其轨迹,延迟其到达,偶尔产生多个图像。在超越广义相对论(GR)的理论中,新的引力自由度为GW透镜增加了额外的复杂性和丰富性。我们开发了一种形式主义来计算GW的传播超过GR一般的时空,包括新领域的动力学相互作用。我们的框架依赖于识别短波展开中领先阶的动态传播本征态(度规和附加场的线性组合)。我们确定这些本征态和条件下,他们获得不同的传播速度周围的透镜。本征态之间的速度差异导致双折射现象,包括在没有电磁对应物的情况下可观察到的度量偏振($h_+,h_\times$的正交叠加)之间的时间延迟。特别地,当累积延迟大于信号的持续时间时,产生GW回波,而较短的时间延迟产生波形的加扰。我们还描述了GW阴影的形成,因为非传播度量分量来源于透镜周围的附加场的背景。作为一个例子,我们将我们的方法应用到四次Horndeski理论与Vainshtein筛选,并表明双折射效应探测了与多信使事件GW170817的约束互补的参数空间区域。在未来,强透镜引力波和双星黑洞在密集环境(如活动星系核)附近的合并将实现这些新的引力测试的潜力。
2020-11-16 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave lensing as a probe of halo properties and dark matter
本文探讨了利用引力波透镜现象(如衍射和中心像)探测引力透镜特征,通过奇异等温球变体模型预测了LISA和advanced LIGO对强透镜信号及透镜参数的测量能力,并展示了其对暗物质和星系晕性质的约束前景。
2023-11-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Lensing of gravitational waves: efficient wave-optics methods and validation with symmetric lenses
本研究开发了高效波光学方法计算引力波透镜预测,包括解析近似和两种数值方法,验证了亚百分比精度,适用于未来引力波天文学及等离子体透镜研究。
2023-09-05 astro-ph.CO gr-qc
Einstein's equivalence principle in cosmology
研究了FLRW宇宙中哈勃观测者的爱因斯坦等效原理的物理后果。我们引入了一个特殊的保角变换的帮助下,当地的惯性坐标。局部惯性度规是Minkowski平坦的,并由静态观测者的类时测地线的同余来具体化。静态观测器配备了理想的时钟,测量与哈勃观测器同步的正确时间。定域惯性度规用于用理想时钟和标尺对时空间隔进行物理测量。特殊的保角变换保持零测地线,但不保持不变的类时测地线。此外,它使得当地时间坐标的速率依赖于粒子的速度,这使得不可能用单个参数丰富静态观察者和轻测地线的世界线的统一参数化-它们通过FLRW度量的共形因子而不同。结果表明,光锥上的度规不是Minkowski平坦的,而是依赖于FLRW宇宙的标度因子,并且可以解释为光子对EEP的弱破坏。这种违反对引力物理学的重要性在于,一些用自由传播的电磁波进行的局部实验可能对哈勃膨胀敏感。我们表明,哈勃常数H可以在太阳系内测量的高精度航天器多普勒跟踪作为一个蓝移的无线电波的频率循环在地球航天器无线电链路。我们还分析了微波谐振器中的驻波的行为,并表明驻波对哈勃展开不敏感。
2014-02-18 astro-ph.CO gr-qc physics.hist-ph
Weak Lensing Approximation of Wave-optics Effects from General Symmetric Lens Profiles
Purdue University(普渡大学);The Chinese University of Hong Kong(香港中文大学);University of Glasgow(格拉斯哥大学);Phenikaa University(菲尼亚卡大学)
本文提出了一种高效方法,用于近似弱透镜情况下由一般对称透镜剖面引起的波光学效应,以改进透镜重建和暗物质研究。
2025-11-04 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Kramers-Kronig relation in gravitational lensing
本文证明了引力透镜遵循因果性,推导了放大因子实部与虚部之间的 Kramers-Kronig 关系及相关求和规则,并提出利用该关系的违反来正确提取引力波观测中的透镜信号。
2023-09-15 astro-ph.CO gr-qc