Joint constraints on cosmological parameters using future multi-band gravitational wave standard siren observations
本文首次模拟并联合SKA时代PTA、Taiji和CE的多波段引力波标准汽笛数据,显著提升H_0及暗能量参数约束,并打破CMB参数简并。
2023-03-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The constraint ability of Hubble parameter by gravitational wave standard sirens on cosmological parameters
本文提出了一种利用中子星(NS)双星系统的引力波(GW)标准塞壬的光度距离各向异性($H(z)$)测量哈勃参数的新方法。由于缺乏对GW的检测能力,该方法至今尚未付诸实践。然而,LIGO探测黑洞(BH)双星系统合并GW的成功,宣告了这种新方法的潜在可能性。我们将该方法应用于几个GW探测项目,包括先进LIGO(aLIGO)、爱因斯坦望远镜(ET)和DECIGO,并评估了它对$H(z)$宇宙学参数的约束能力。结果表明,aLIGO和ET的$H(z)$精度较差,而DECIGO的$H(z)$精度较好。利用DECIGO软件对$H(z)$的误差信息,对每0.1个红移间隔的$H(z)$数据进行模拟,并将模拟数据用于宇宙学参数的预测。与以往的数据和方法相比,模拟数据对宇宙学参数的约束明显更严格,同时也得到了更高的优值图(FoM,$2σ$置信区间所包围面积的倒数)。用DECIGO的标准警报器进行3年的观测,FoM值高达170.82。如果进行10年的观测,FoM可能达到569.42。为了进行比较,38个实际观察到的$H(z)$数据(OHD)的FoM为9.3。我们还研究了波动宇宙,这表明了宇宙学参数的约束的一个可比的改进。这些改进表明新方法在进一步的宇宙学约束中具有很大的潜力。
2019-10-23 astro-ph.CO
Eccentricity of Long Inspiraling Compact Binaries Sheds Light on Dark Sirens
引力波的定域性和距离推断是暗警报作为宇宙学、天体物理学和基础物理学的精确探测器的两个关键因素。本文首次研究了偏心致密双星在中频(0.1- 10 Hz)波段发射的引力波的参数估计。基于一个DECIGO星系团(B-DECIGO)的结构,我们模拟了GWTC-3中五种典型的致密双星,其质量从$\mathcal{O}(1\sim100)~M_{\odot}$到10000000。对于每种类型的二进制文件,我们分配离散的偏心率从0到0.4,在0.1赫兹的$10^3$随机取向。偏心引起的多次谐波可以打破参数间的简并性。我们发现,偏心$e_0=0.4$,这些典型的二进制文件可以实现$\mathcal{O}(10^2-10^4)$改善的距离推断在近面对面的方向,相比圆形的情况。更重要的是,非零偏心率($0.01\sim0.4$)可以显着改善典型的二元黑洞的源定位,大多数由$1.5\sim{3.5}$数量级。我们的结果表明,偏心率的显着意义的暗塞壬在中波段作为宇宙的精确探测器。
2022-10-31 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Discovering the Dispersion of Gravitational Waves using Multi-Band Observation including Deci-Hertz: A Unique Probe to Cosmic Acceleration
本文提出利用LGWA分赫兹探测器与地面及空间引力波探测器进行多频段联合观测,仅需约10个高信噪比事件即可探测修正引力有效理论的能量尺度,为揭示宇宙加速膨胀起源提供新探针。
2025-07-02 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave standard siren without redshift identification
DECIGO和BBO等天基引力波探测器将探测$\sim10^6$中子星双星,并以高精度确定到双星的光度距离。结合光度距离和宇宙学引起的GWs相位修正,可以在不需要宿主星系红移测量的情况下,通过电磁观测测量宇宙膨胀到高红移,并可以成为探测暗能量的一个独特的方法。本文基于文献[1]中的结果,研究了没有红移信息的GW标准警报器对未来天基GW探测器的暗能量状态方程的约束能力。我们还比较了与其他仪器和方法所获得的结果。
2012-04-13 astro-ph.CO
DECi-hertz Interferometer Gravitational-wave Observatory: Forecast constraints on the cosmic curvature with LSST strong lenses
在本文中,我们的目标是使用DECi赫兹干涉仪引力波天文台(DECIGO),一个未来的日本空间引力波天线之间的LISA和地面探测器的频率范围敏感,提供宇宙曲率的引力波约束在$z\sim 5$。在距离求和规则的框架下,DECIGO观测到的标准塞壬的完美红移覆盖,与LSST的透镜观测(包括源和透镜)相比,使得这种与宇宙模型无关的检验更加自然和普遍。对三种球对称质量分布的透镜星系,我们发现宇宙曲率的约束精度可以达到早期宇宙的$ΔΩ_K \sim 10^{-2}$($z\sim5.0$),从而使ET约束的灵敏度提高了约10倍.然而,为了进一步研究这一点,早型星系的质量密度分布应适当考虑。特别是,我们的分析表明,空间曲率和透镜参数之间的强烈简并,特别是红移的幂律透镜折射率参数的演变。当假设扩展的幂律质量密度分布时,可以得到对宇宙曲率的最弱约束。而在LSST+DECIGO的组合中加入DECIGO,则显著改善了对光度密度斜率和恒星速度色散各向异性的约束。因此,我们的论文强调了DECIGO和LSST之间的协同作用在限制标准模型之外的新物理学方面的好处,这可以通过精确确定宇宙曲率来体现。
2021-12-01 astro-ph.CO
Multi-band cross-correlation dark sirens: enhancing cosmological parameter and gravitational-wave bias constraints
Northeastern University(东北大学)
结合空间和地面探测器的多波段引力波观测可显著提高天空定位精度,从而降低互相关暗汽笛分析中的噪声。本文通过Fisher预测,比较了多波段与单波段配置在ΛCDM和w0waCDM模型下的宇宙学参数约束能力,并展示了多波段在测量引力波聚类偏差方面的显著优势。
2026-09-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Tracing the redshift evolution of Hubble parameter with gravitational-wave standard sirens
BBO和DECIGO等天基引力波探测器可以探测到约10^6个中子星双星,并以高精度确定到双星的光度距离。结合光度距离和电磁导出的红移,我们将能够探测到宇宙膨胀到高红移。本文证明了哈勃参数作为红移的函数,可以用天空中光度距离的偶极分量和二极分量直接测量。结果表明,在观测时间为1年、3年和10年的情况下,在z=1之前的每个红移面元中,哈勃参数的测量精度分别为3- 14%、1.5- 8%和0.8-4%。
2011-04-27 astro-ph.CO
The Targeted Standard Siren Cosmology with Pulsar Timing Arrays
Indian Institute of Science Education and Research Bhopal(印度科学教育研究所博帕尔分校);Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)(马克斯·普朗克引力物理研究所(爱因斯坦研究所));Leibniz Universität Hannover(汉诺威莱布尼茨大学)
利用脉冲星计时阵列进行靶向搜索,可实现高精度推断哈勃常数,为解决哈勃张力提供支持。
2026-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Cosmography with next-generation gravitational wave detectors
本文探讨下一代引力波探测器利用标准汽笛精确测量宇宙膨胀率,结合多种汽笛实现亚百分比精度,为研究暗能量、暗物质及新物理提供新途径。
2024-07-16 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave dark sirens as astrophysical probes: inferring galaxy-merger relations and identifying individual hosts
Aix-Marseille Université, Université de Toulon, CNRS, CPT(艾克斯-马赛大学、土伦大学、法国国家科学研究中心、理论物理中心)
本研究将引力波暗 sirens 技术从宇宙学工具拓展为天体物理探针,通过分层框架同时推断致密双星在星系中的分布及单个宿主,并验证了 GW170817 的宿主识别能力。
2026-09-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Enhancing dark siren cosmology through multi-band gravitational wave synergetic observations
本研究探讨多波段引力波协同观测对暗警报器宇宙学参数测量的作用,通过模拟数据发现其可显著提升天空定位精度,大幅改善物质密度和哈勃常数的约束精度,为解决哈勃张力提供潜力。
2025-04-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Standard-siren cosmology using gravitational waves from binary black holes
引力波天文学提供了一种独特的新方法来研究宇宙的膨胀历史。在这项工作中,我们调查的影响,未来的引力波天文台将对宇宙学。像爱因斯坦望远镜和宇宙探测器这样的第三代天文台将对宇宙中几乎所有的双黑洞合并事件都很敏感。\cite{farr2019future}最近的工作指出,恒星质量的黑洞群中的特征打破了质量红移简并,有助于在没有电磁对应物或宿主星系目录的情况下精确确定哈勃参数。使用分层贝叶斯推断模型,我们表明,与一年的观测爱因斯坦望远镜,哈勃常数将被测量到$\lesssim 1\%$。我们还表明,这种方法可以用来进行宇宙学模型之间的贝叶斯模型选择。作为一个说明性的例子,我们发现,一个决定性的声明可以比较$Λ$ CDM和RHCT宇宙学模型使用两个星期的数据从爱因斯坦望远镜。
2020-12-15 astro-ph.CO
High precision measurement of cosmic curvature: from gravitational waves and cosmic chronometer
尽管空间曲率已经得到了非常高的精度测量,但它仍然受到众所周知的宇宙曲率张力的影响。利用第二代空间DECi-hertz干涉仪引力波天文台(DECIGO)观测到的双星中子星合并的模拟数据,提出了一种改进的宇宙曲率确定方法.利用宇宙计时器的哈勃参数观测值,对DECIGO标准海妖进行了观测,探讨了测量遥远过去宇宙曲率的两种可能性:一种是在不受假设模型影响的情况下,通过高斯过程重建哈勃参数,另一种是在非平坦$Λ$冷暗物质模型的框架下导出对$Ω_K$的约束.结果表明,在改进的方法中,DECIGO能对宇宙曲率($Ω_{K} = -0.007\pm0.016$)提供可靠而严格的约束,而在第二种依赖模型的方法中,我们只能期望在$ΔΩ_K=0.12$的精度下建立零宇宙曲率.因此,我们的研究结果表明,在本文提出的方法框架内,越来越多的测量良好的标准塞壬在DECIGO可以显着降低宇宙曲率的估计偏差。这种约束也与普朗克2018年结果的精度相当,其中最新的宇宙微波背景(CMB)观测($ΔΩ_{K} \approx 0.018$)基于一致性$Λ$ CDM模型。
2022-01-24 astro-ph.CO
Gaussian Process Reconstruction of Cosmological Parameters with Gravitational Wave Sirens using Machine Learning
Indian Institute of Technology Bombay(印度理工学院孟买分校);University of Sussex(萨塞克斯大学);University of Oslo(奥斯陆大学)
本文提出基于高斯过程回归的模型无关框架,通过分析LISA和爱因斯坦望远镜的模拟标准汽笛目录,重建共动距离及其导数,并利用导数敏感诊断量识别区分不同宇宙学模型的最佳红移窗口。
2026-05-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inferring cosmological parameters from galaxy and dark sirens cross-correlation
RWTH Aachen University(亚琛工业大学);University of Torino(都灵大学);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino(意大利国家核物理研究所,都灵分部);Paderborn University(帕德博恩大学);Università di Pisa(比萨大学);INFN, Sezione di Pisa(意大利国家核物理研究所,比萨分部);Institute of Scientific Information, German Aerospace Center (DLR)(德国航空航天中心科学信息研究所)
提出利用引力波事件与星系巡天互相关的方法,通过红移空间断层和光度距离空间断层,结合第三代探测器与欧几里得巡天数据,将哈勃常数测量误差降至0.7%,并显著提升其他宇宙学参数的约束能力。
2026-06-11 astro-ph.CO gr-qc
Using gravitational wave dark sirens to choose between host galaxy weighting models
本文利用模拟O5引力波数据和MICECATv2星系目录,通过贝叶斯因子比较不同宿主星系加权模型,发现约1000个探测事件时可决定性地区分真实模型与均匀加权模型。
2025-08-21 astro-ph.CO gr-qc
Testing $Λ$-Free f(Q) Cosmology
本文通过动力系统分析、超新星和CMB数据约束以及标准汽笛事件预测,检验无Λ的f(Q)对称远平行引力模型,发现其相对于ΛCDM处于不利地位,未来标准汽笛事件或可决定性判断该模型可行性。
2023-09-25 astro-ph.CO gr-qc
Synergy between CSST and future gravitational-wave detectors: Probing primordial black holes by cross-correlating dark sirens with galaxies
Northeastern University(东北大学)
利用CSST星系巡天与未来引力波探测器网络的互相关,通过引力波成团偏置区分原初黑洞与天体黑洞,发现ET2CE网络可探测占比超40%的PBH,而BDET2CE网络将阈值降至约20%。
2026-10-30 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Astrophysics and cosmology with a decihertz gravitational-wave detector: TianGO
我们提出的天体物理学的情况下,基于空间的,分赫兹引力波(GW)探测器。我们特别强调的能力,推断源的天空位置,无论是当与地面探测器网络相结合,形成一个长的三角测量基线,并通过自己的合并事件的早期预警。这种精确的位置测量是将GW信号用作限制哈勃常数的标准警报的关键。这类探测器也开辟了可能性,以测试Ia型超新星的祖先假说,通过限制合并率的白矮星双星与超级和亚克拉塞卡质量分别。我们还将讨论其他可以实现的科学成果,包括早期宇宙结构形成的约束,中等质量黑洞的寻找,黑洞自旋的精确测定,双星系统轨道偏心率演化的探测,以及合并双星周围第三质量的探测。
2020-06-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Observable tensor-to-scalar ratio and secondary gravitational wave background
在本文中,我们将强调一个简单的真空能量主导的拐点暴胀如何匹配当前的宇宙微波背景辐射数据,并预测大的原始张量标量比,$r \sim \mathcal{O}(10^{-3}-10^{-2})$,可观察到的二阶引力波背景,这可能是从未来的实验,如DECi-hertz干涉仪引力波天文台(DECIGO),激光干涉仪空间天线(eLISA),宇宙探测器(CE)和大爆炸天文台(BBO)。
2017-08-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Possible discrimination of black hole origins from the lensing rate of DECIGO and B-DECIGO sources
本文在DECi-hertz干涉引力波天文台(DECIGO)及其小尺度版本B-DECIGO的背景下,从三种不同质量分布的原始黑洞(PBH)和两种天体物理黑洞(ABH)的恒星形成模型出发,预测了引力透镜引力波(GW)的预期探测率和红移分布。这表明,DECIGO将能够检测到$10^4-10^5$ GW信号从这样的双黑洞(BBH)每年和PBH的事件率分布将不同的ABH由于其不同的合并率相对于红移。大量的事件率使得透镜GW信号的$5-100$检测成为可能。在考虑了引力透镜效应后,PBH和ABH的探测率和分布之间的差异将更加显著。因此,这可以作为一个补充的方法来区分PBH和ABH。
2023-01-06 astro-ph.CO
Systematic Biases in Gravitational-Wave Parameter Estimation from Neglecting Orbital Eccentricity in Space-Based Detectors
School of Physics and Technology, Wuhan University(武汉大学物理科学与技术学院)
研究指出,空间基探测器中忽略轨道偏心率会导致引力波参数估计出现系统偏差,需在波形模型中考虑偏心性以提高观测精度。
2026-09-11 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Model-independent constraints on cosmic curvature: implication from the future gravitational wave observation DECIGO
宇宙曲率参数$Ω_k$的模型无关检验在宇宙学中非常重要。为了从像标准蜡烛这样的宇宙学探测器估计宇宙曲率,人们必须能够测量光度距离$D_L(z)$,它是相对于红移$D'_L(z)$的导数,并且独立地知道在相同红移下的膨胀率$H(z)$。在本文中,我们研究如何实现这样的想法与未来一代的天基DECi赫兹干涉仪引力波天文台(DECIGO),结合宇宙计时器提供宇宙学独立的$H(z)$数据。结果表明,对于模拟DECIGO数据的哈勃图作为一种新型的标准警报器,利用现有的31个哈勃参数测量样本,它能够以$ΔΩ_k= 0.09$的精度约束宇宙曲率。在第三代地基引力波探测器的框架下,爱因斯坦望远镜(ET)的空间曲率被限制为$ΔΩ_k= 0.13$。更有趣的是,相比其他方法,旨在模型无关的空间曲率估计,我们的分析也实现了重建的演变$Ω_k(z)$,在框架内的模型无关的方法高斯过程(GP),而不假设一个特定的形式。因此,人们可以期待,新出现的引力波天文学可以成为有用的地方测量宇宙曲率使用遥远的来源。
2020-12-29 astro-ph.CO
Gravitational-wave constraints on the cosmic opacity at $z\sim 5$: forecast from space gravitational-wave antenna DECIGO
由于引力波(GWs)可以通过完美流体自由传播,因此合并紧凑的双星系统作为标准警报器可以直接测量光度距离,并提供不受宇宙不透明度影响的距离测量。DECi-hertz干涉仪引力波观测台(DECIGO)是日本未来的空间引力波天线,对激光干涉仪和地面探测器目标频率之间的频率范围敏感。结合DECIGO预测的未来GW观测和电磁(EM)域中的三个当前流行的天体物理探测器(HII区域,SNe Ia Pantheon样本,类星体样本),人们将能够探测宇宙在不同红移下的不透明度。在本文中,我们表明,宇宙不透明度参数可以限制到一个高精度($Δε\sim 10^{-2}$)的高红移($z\sim$ 5)。为了重建宇宙不透明度的演化,而不假设它的任何特定的功能形式,宇宙不透明度测试应该独立地应用于单个红移箱。因此,我们还计算了在单个红移和平均$τ(z)$内的红移箱的光学深度。我们的研究结果表明,与从HII星系和万神殿SNe Ia获得的结果相比,当考虑类星体样本时,精度有所提高。虽然非零光学深度仅对红移范围$0<z<0.5$、$1<z<2$和$2.5<z<3.5$有统计意义,但这种趋势与在其参数化形式框架中获得的趋势不同。因此,没有规定唯象函数的宇宙不透明度检验的重要性应该受到重视。
2020-10-11 astro-ph.CO
Multiple measurements of gravitational waves acting as standard probes: model-independent constraints on the cosmic curvature with DECIGO
虽然普朗克卫星的宇宙微波背景(CMB)观测已经精确地确定了空间曲率,但它仍然受到众所周知的宇宙曲率张力的影响。作为一种标准的警报器,来自双中子星合并的引力波(GW)提供了一种直接测量光度距离的方法。此外,宇宙的加速膨胀可能会导致引力波形的额外相移,这使我们能够测量加速度参数。这种测量提供了一个重要的机会,以确定在GW域的曲率参数$Ω_k$的基础上的组合的两个不同的观测相同的对象在高红移。在这项研究中,我们研究了如何实现这样的想法与未来一代的天基DECi-hertz干涉仪引力波天文台(DECIGO)在两个模型独立的方法的框架。我们的结果表明,DECIGO可以提供一个可靠的和严格的约束宇宙曲率的精度为$ΔΩ_k$ =0.12,这是与现有的结果基于不同的电磁数据。我们的约束条件比传统的电磁方法更严格,从万神殿超新星Ia样本,这表明没有证据的偏离平坦的宇宙在$z\sim 2.3$。更重要的是,与我们的模型无关的方法,这样的第二代天基GW探测器也将能够探索可能的演变$Ω_k$与红移,通过直接测量宇宙曲率在不同的红移($z\sim 5$)。这种与模型无关的对过去距离的$Ω_k$重建可以成为引力波宇宙学的里程碑。
2022-04-14 astro-ph.CO
Forecasts on the speed of gravitational waves at high $z$
对GW 170817双星中子星合并事件的观测,在局部范围内对引力波的传播速度施加了很强的限制,推测引力波的传播速度等于光速。目前运行中的GW探测器将无法观测到长宇宙学距离的BNS合并,在那里,对宇宙膨胀历史的可能的宇宙学修正预计将发挥重要作用,特别是在调查可能偏离广义相对论方面。未来的GW探测器设计者项目将能够在高$z$下探测BNS的许多聚结,例如称为爱因斯坦望远镜的第三代地面GW探测器和天基探测器分赫兹干涉仪引力波天文台。在本文中,我们放宽条件$c_T/c = 1$来研究修改GW的传播,其中GW的传播速度不一定等于光速。此外,我们考虑了运行的普朗克质量修正修改GW传播的可能性。我们参数化的有效GW光度距离的校正,我们进行预测分析,使用标准的警报事件从BNS合并,在预测的ET和DECIGO的灵敏度。我们发现在高$z$非常强大的预测边界运行的普朗克质量,即$\mathcal{O}(10^{-1})$和$\mathcal{O}(10^{-2})$从ET和DECIGO,分别。GW传播上的可能异常分别从ET(DECIGO)绑定到$|c_T/c - 1| \leq 10^{-2} \,\,\, (10^{-2})$。最后,我们讨论了我们的结果对修正的引力唯象的后果。
2020-03-07 astro-ph.CO gr-qc
Cosmography with gravitational waves I: Taylor expansion in the low-redshift regime
Observatório Nacional(国家天文台);Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro(里约热内卢联邦农村大学)
本文研究了当前及下一代引力波探测器利用电磁明亮标准 sirens 约束宇宙学参数的能力,发现DECIGO在H_0、q_0和j_0的测量精度上优于其他探测器。
2026-09-24 astro-ph.CO gr-qc
A New Window on Dynamical Dark Energy: Combining DESI-DR2 BAO with future Gravitational Wave Observations
Observatório Nacional(巴西国家天文台);Presidency University(总统大学);Institute of Systems Science, Durban University of Technology(德班理工大学系统科学研究所);Liaoning Normal University(辽宁师范大学);University of Sheffield(谢菲尔德大学)
研究将 DESI-DR2 重子声学振荡与未来引力波观测相结合对宇宙学参数不确定性的影响,分析了多个引力波天文台的贡献,发现添加数据能显著降低不确定性,凸显未来引力波观测的约束能力及考虑多种宇宙学模型分析数据的重要性。
2026-07-09 astro-ph.CO
The Stochastic Gravitational Wave Background from the Single-Degenerate Channel of Type Ia Supernovae
我们证明了Ia型超新星(SNe Ia)在宇宙学距离的单简并通道中的积分引力波信号为星载引力波探测器(包括大爆炸观测器(BBO)和Deci-Hertz干涉仪引力波天文台(DECIGO)计划的任务)提供了连续的背景。来自超新星Ia的引力波背景在0.1 - 10 Hz的频率范围内充当噪声背景,迄今为止,人们认为除了中子星双星之外,该频率范围相对不受天体物理源的影响,因此是研究暴胀产生的原始引力波的关键窗口。虽然$\gtrsim 10^{16}$ GeV的暴胀能量标度产生的暴胀引力波背景超过了我们预测的背景范围,但对于$\sim10^{15}$ GeV的较低能量标度,暴胀引力波背景变得与Ia超新星的噪声背景相当。
2011-12-13 astro-ph.CO gr-qc
A cosmological view of extreme mass-ratio inspirals in nuclear star clusters
越来越多的证据表明,许多星系同时拥有核星团(NC)和超大质量黑洞(SMBH)。它们的共存在恒星质量为10^8-10^10太阳质量的球状体中特别普遍。我们研究的可能性,恒星质量的黑洞(BH)主办的NC inspirals和合并的中央SMBH。由于NC中的高恒星密度,BH到SMBH的极端质量比吸气(EMRI)可能是引力波(GW)的重要来源。我们认为三种不同的天基GW激光干涉任务的概念:激光干涉仪空间天线(LISA),新的引力波天文台(NGO)和DECi赫兹干涉仪引力波天文台(DECIGO)的灵敏度曲线。我们预测,在最乐观的假设下,LISA和DECIGO每年将在NC中检测到多达数千个EMRI,而NGO每年将观察到多达数十个EMRI。我们探讨了一些因素如何影响预测率。特别是,如果我们假设SMBH的质量与NC星系中的宿主球体质量的平方成比例,而不是线性比例,那么LISA和NGO的事件发生率都要低10倍以上,而在DECIGO的情况下,它们几乎不受影响。
2012-05-11 astro-ph.CO
Distinguishing $Λ$CDM from evolving dark energy with the future gravitational-wave space-borne detector DECIGO
本文提出利用未来空间引力波探测器 DECIGO 通过标准警笛获取 $0<z<5$ 红移范围内的大量 $H(z)$ 测量数据,以执行 $Omh^2$ 两点诊断,从而有效区分 $Λ$CDM 模型与演化暗能量。
2024-01-07 astro-ph.CO
Parameter estimation of eccentric gravitational waves with a decihertz observatory and its cosmological implications
紧双星的偏心率可以改善引力波(GW)的参数估计。本文首先研究了在分赫兹观测下偏心引力波的参数估计问题。我们考虑DECIGO配置的两种情况,即,具有设计灵敏度的DECIGO的一个簇和也具有一个簇但灵敏度较差的B-DECIGO作为比较。我们采用Fisher矩阵来估计参数误差。通过模拟GWTC-3中的典型二进制,我们发现非零偏心率可以显着改善几乎所有波形参数的估计。特别是,当初始偏心率$e_0=0.4$为0.1 Hz时,典型二元黑洞(BBH)的局部化可以实现$\mathcal{O}(10-10^{3.5})$的改善因子。中子星(BNS)和中子星-黑洞双星(NSBH)的精确定域,以及中带偏心率对黑洞双星定域的巨大改善,启发我们构建能够唯一识别其宿主星系的金色暗塞壬星表。我们发现,只有一个集群的DECIGO运行1年的设计灵敏度,可以观察到数百个金色的黑暗BNS,NSBH,和数十个金色的黑暗BBH。偏心率可使金暗BBH种群从$\sim 7~(e_0=0)$大幅度增加到$\sim 65~(e_0=0.2)$。在$Λ$ CDM模型中,金暗BBH粒子数的增加使哈勃常数的测量精度从2.06%提高到0.68%,物质密度参数的测量精度从64%提高到16%.通过对GW传播的唯象参数化,修正重力的约束条件可以从6.2%提高到1.6%。我们的结果表明,偏心率的GW事件的检测和参数估计的显着意义,使我们能够探测宇…
2023-03-01 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Searching for anisotropic stochastic gravitational-wave backgrounds with constellations of space-based interferometers
最近的许多工作表明,地面探测器的角分辨率太差,无法表征随机引力波背景(SGWB)的各向异性。为此,我们自问,一系列天基仪器是否更合适。我们认为激光干涉仪空间天线(LISA),一个星座的多个LISA类集群,和分赫兹干涉仪引力波天文台(DECIGO)。具体来说,我们测试这些检测器星座是否可以探测SGWB的各向异性。对于这个范围,我们认为SGWB产生的两个天体物理来源:合并紧凑的双星和最近提出的大规模黑洞种子形成的情况下,通过多次合并的恒星残余物。我们发现测量SGWB各向异性的角功率谱几乎是不可能的。然而,事实证明,可以通过与CMB波动的互相关来探测SGWB各向异性。特别是,我们发现两个类似LISA的探测器和CMB-S4的星座可以在一定程度上限制CMB透镜收敛和黑洞种子形成过程产生的SGWB之间的互相关。此外,我们发现DECIGO可以探测合并的紧凑型双星的CMB透镜和SGWB之间的互相关。
2022-12-12 astro-ph.CO gr-qc
One Feature, Three Clocks: Phase-Locked Gravitational Waves, Primordial Black Holes, and Non-Gaussianity from Periodic Warm Inflation
Vellore Institute of Technology (VIT)(维罗尔理工学院)
本文研究温暖暴胀中摩擦力的周期性振荡如何在小尺度产生尖锐的、对数周期调制的曲率谱峰,同时解释原初黑洞形成、双波段引力波背景以及与非高斯性相位的关系。
2026-07-01 astro-ph.CO
Using a multi-messenger and multi-wavelength observational strategy to probe the nature of dark energy through direct measurements of cosmic expansion history
在不久的将来,在光学和无线电波段的红移漂移观测将提供精确的测量$H(z)$覆盖的$2<z<5$和$0<z<0.3$的红移范围。此外,引力波标准海妖观测可以测量光度距离的偶极各向异性,这也将提供$0<z<3$红移范围内的$H(z)$测量。在这项工作中,我们提出了一个多信使和多波长的观测策略来测量$H(z)$的基础上的三个下一代项目,E-ELT,SKA,和DECIGO,我们希望看到未来的$H(z)$的测量是否可以提供严格的限制暗能量参数。我们考虑的暗能量模型包括$Λ$ CDM、$w$ CDM、CPL、HDE和I $Λ$ CDM模型。结果表明,E-ELT、SKA 1和DECIGO在约束暗能量模型方面具有很强的互补性.虽然这三个数据集中的任何一个都只能对我们考虑的每个模型给出相当弱的约束,但它们的组合可以显著打破参数简并,并对几乎所有的宇宙学参数给出更严格的约束。此外,我们发现E-ELT,SKA 1,DECIGO和CMB的组合可以进一步改善对暗能量参数的约束,例如,CPL模型中的$σ(w_0)=0.024$和$σ(w_a)=0.17$,这意味着这三个有前途的探针将在帮助揭示暗能量的本质方面发挥关键作用。
2021-12-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Prospects for determination of thermal history after inflation with future gravitational wave detectors
宇宙在暴胀和大爆炸核合成之间的热历史还没有被观测到。它将通过探测膨胀过程中产生的原始引力波来探测,其中包含有关再加热温度以及膨胀后宇宙状态方程的信息。基于Fisher信息形式主义,我们研究如何准确的张量标量比和再加热温度膨胀后,可以同时确定与空间为基础的引力波探测器,如DECI-hertz干涉仪引力波天文台(DECIGO)和大爆炸观测器(BBO)。我们发现,如果张量与标量之比约为0.1,再加热温度约为10^7 GeV,则最好确定再加热温度,并探索可检测的参数空间。我们还发现,如果暴胀引力波被成功探测到,早期宇宙的物态方程也可以被精确地确定,以区分不同的物态方程参数。因此,未来的引力波探测器提供了一个独特的和有希望的机会,以揭示宇宙的热历史约10^7 GeV。
2011-10-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Stochastic Background of Gravitational Waves Generated by Compact Binary Systems
双星系统是研究最多的引力波源。发射机制和轨道参数的行为是众所周知的,在几种情况下可以用解析形式表示。此外,对双星系统的观测也是引力波存在的最有力的证据。另一方面,当引力辐射的探测成为现实时,观测到的信号模式之一可能是随机背景性质的,其特征在于宇宙周围许多源发射的信号的叠加。我们的目标是在这里开发一种替代的方法来计算宇宙学紧凑的双星系统在其周期或准周期阶段发出这样的背景。我们使用一个类似的问题,统计力学,以执行此总和,以及考虑到时间变化的轨道参数的系统。这种背景特别重要,因为它很可能成为计划中的引力波干涉仪、DECI-Hertz干涉仪引力波观测台、大爆炸观测台、激光干涉仪空间天线或改进的激光干涉仪空间天线、高级激光干涉仪引力波观测台和爱因斯坦望远镜的重要前景。
2015-04-23 astro-ph.CO gr-qc
Measuring the spectrum of primordial gravitational waves with CMB, PTA and Laser Interferometers
我们调查的可能性测量的原始引力波(GW)信号在21个十年的频率,使用宇宙微波背景(CMB),脉冲星定时阵列(PTA),激光和原子干涉仪。对于CMB和PTA实验,我们分别考虑LiteBIRD任务和平方公里阵列(SKA)。对于干涉仪,我们考虑空间任务建议,包括激光干涉仪空间天线(LISA),大爆炸观测器(BBO),分赫兹干涉仪引力波天文台(DECIGO),$μ$战神实验,分赫兹天文台(DO)和暗物质和重力探索空间原子实验(AEDGE),以及地基爱因斯坦望远镜(ET)建议。我们实现所需的数学计算灵敏度的CMB和干涉仪,并从第一原理推导出后者的响应函数。我们还评估了每个实验中天体物理前景污染的影响。我们提出了两类有代表性的原始GW随机背景模型的能量密度参数$Ω_{GW}h^2$的分箱灵敏度曲线和误差条,作为频率的函数:来自单场慢卷暴胀的度量中的量子真空涨落,以及来自旁观者轴子SU(2)暴胀模型的源诱导张量扰动。我们发现良好的前景,联合测量的GW频谱的CMB和星载干涉仪的任务建议。
2020-11-16 astro-ph.CO gr-qc
Future prospects on testing extensions to $Λ$CDM through the weak lensing of gravitational waves
本文预测结合引力波标准警报与弱透镜效应,可显著提升暗能量和中微子质量等宇宙学参数约束精度,并展示利用并合率已知时的红移分布可进一步改进约束。
2024-05-23 astro-ph.CO
Primordial Gravitational Waves of Big Bounce Cosmology in Light of Stochastic Gravitational Wave Background
本研究针对通用大反弹宇宙学,将背景演化参数化为四阶段,解析推导原初引力波谱的显式形式,将反弹情景分为四类并以玩具模型验证,为利用PTA及先进引力波探测器的SGWB信号探索宇宙极早期提供理论工具。
2024-07-14 astro-ph.CO astro-ph.HE
Probing the nature of dark matter via gravitational waves lensed by small dark matter halos
暗物质(DM)占据了宇宙中的大部分物质含量,并且可能是冷的(CDM)。然而,小尺度观测可能需要对标准CDM模型进行修改,DM可能是自相互作用(SIDM)或暖(WDM)。在这里,我们表明,衍射透镜的引力波(GW)从双黑洞合并的小晕($\sim10^3-10^6M_\odot$ ; mini-halos),可以作为一个干净的探针DM的性质,从基于矮/卫星星系DM研究的重子过程的污染。由于这些模型预测的晕密度分布和丰度的差异,CDM、WDM和SIDM模型产生的预期透镜GW信号和事件率彼此显著不同。我们估计了一些当前和未来的GW探测器,如激光干涉仪引力观测站(LIGO),爱因斯坦望远镜(ET),宇宙探测器(CE),引力波月球天文台宇宙学(GLOC),分赫兹干涉仪引力波天文台(DECIGO),和大爆炸观测器(BBO)的透镜GW事件的检测率。我们发现,GLOC可能会检测到一个这样的事件,每年假设CDM模型,DECIGO(BBO)可能会检测到超过几个(数百个)这样的事件,每年通过假设CDM,WDM(质量$>30$ \,keV)或SIDM模型,这表明DM的性质可能会强烈约束DECIGO和BBO通过检测衍射透镜GW事件的迷你晕。其他GW探测器不太可能在有限的观测时间内探测到大量的此类事件。然而,如果微晕密度分布的内斜率比Navarro-Frenk-White(NFW)分布足够陡,例如,在伪Jaffe…
2022-07-01 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Gravitational wave detection in space
空间引力波(GW)探测主要针对低频段(100 nHz - 100 mHz)和中频段(100 mHz - 10 Hz)。科学目标是探测来自以下方面的引力波:㈠超大质量黑洞; ㈡极端质量比黑洞螺旋; ㈢中等质量黑洞; ㈣银河系致密双星和㈤遗迹引力波背景。在本文中,我们提出了一个概述的灵敏度,轨道设计,基本轨道配置,角分辨率,轨道优化,部署,时间延迟干涉测量和有效载荷的概念,目前提出的GW探测器在空间研究。正在研究的探测器提案的臂长从1000公里到1.3x109公里不等(8.6 AU),包括(a)太阳轨道探测器- ASTROD-GW(ASTROD [使用光学设备进行相对论的天体动力学空间测试],针对GW探测进行了优化),BBO(大爆炸观察家),DECIGO(DECi-hertz干涉仪GW天文台),e-LISA(改进的LISA [激光干涉仪空间天线])、LISA、其他LISA型探测器,如ALIA、TAIKI等。(b)地球轨道探测器- ASTROD-EM/LAGRANGE、GADFLI/GEOGRAWI/g-LISA、OMEGA和TIANQIN。
2016-10-04 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Measuring the speed of light with updated Hubble diagram of high-redshift standard candles
本文利用SNe Ia与高红移类星体标准烛光哈勃图约束光速变化,发现至z~2无显著偏离常光速证据,并展望DECIGO借引力波实现千分之一精度。
2023-03-26 astro-ph.CO gr-qc
Signatures of ultralight bosons in the orbital eccentricity of binary black holes
本研究发现双黑洞周围的超轻玻色子云会在轨道偏心率上留下可观测特征,特定质量区间的新粒子可通过未来引力波探测器的偏心率测量验证,为超轻玻色子探测提供了新途径。
2024-09-17 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Hearing the echoes of electroweak baryogenesis with gravitational wave detectors
本文报道了在引力波(GW)探测器和粒子对撞机上首次联合分析电弱重子发生的观测信号。通过对Higgs扇区的六维算符的有效扩展,我们得到了一个强的一阶相变,并伴随着一个相当大的CP破坏,从而实现了一个成功的电弱重子生成.我们计算了大爆炸后发生的气泡成核、等离子体输运和磁流体动力学湍流过程产生的GW谱,发现它产生的GW信号在演化激光干涉仪空间天线、分赫兹干涉仪引力波天文台和大爆炸观测器上都是可测的。我们进一步确定对撞机信号从相同的机制,可观察到的规划圆形电子正电子对撞机。我们的分析桥梁天体物理学/宇宙学与粒子物理学提供了显着的动机GW事件峰值在$(10^{-4}, 1)$ Hz范围内,这是与碰撞机的信号搜索,并突出了一个跨学科的观测窗口重子生成的可能性。该技术在早期宇宙相变分析中的应用对应用科学中的相变研究具有启发意义。
2016-08-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Testing the spatial geometry of the universe with TianQin: the prospect of using supermassive black hole binaries
本文研究了利用TianQin探测超大质量黑洞双星旋近信号测量宇宙曲率的前景,基于模型无关方法结合引力波与H(z)数据,发现10年观测可将曲率参数约束在1σ水平,证明TianQin是探测宇宙空间几何的强大探针。
2023-10-23 astro-ph.CO
Mapping Anisotropies in the Stochastic Gravitational-Wave Background with TianQin
本研究首次理论分析了天琴(TianQin)对毫赫兹频段随机引力波背景多极矩的约束能力,明确了其1年运行下的恢复上限、天图镜像对称特征,并对比LISA解释能力差异,为相关分析与探测器设计提供参考。
2024-09-17 astro-ph.CO gr-qc
Optimal Detection Bands for Intermediate-Mass Black Hole Binaries: Prospects for LISA and AMIGO in General Relativity and $f(R, T)$ Gravity
本文预测LISA和AMIGO对中等质量黑洞双星的探测率,并检验f(R,T)修正引力对探测红移和事件数的影响,表明联合观测可提供一致性检验。
2025-07-06 astro-ph.CO gr-qc