天体物理环境效应对标准汽笛宇宙学的偏差影响

中文摘要 AI 辅助

下一代地面引力波探测器将实现精密标准汽笛宇宙学，使得系统效应变得日益重要。我们研究了视线加速度（可能出现在致密天体物理环境中的紧凑双星系统中）如何偏差哈勃常数$H_0$的测量。我们模拟了一个包含50个已知宿主红移的双中子星亮汽笛目录，假设信号已受到视线加速度的影响，并使用真空波形进行分析。未建模的视线加速度会偏差推断的光度距离，并系统性地将单个$H_0$后验分布向较低值移动。因此，合并事件会在偏差值周围缩小后验分布，而不是平均掉系统效应，即使加速度符号是随机分配的。对于我们的50事件目录，在$|a_\parallel|/c=10^{-6}\\,\mathrm{s^{-1}}$时约$10\\%$的受影响比例，或在$|a_\parallel|/c=10^{-7}\\,\mathrm{s^{-1}}$时约$30\\%$的受影响比例，在至少四分之一的实现中产生超过三个后验标准差的偏移。考虑更大的目录进一步增加了效应的显著性。我们的结果表明，环境效应可能构成精密标准汽笛宇宙学的重要系统效应，应纳入未来的群体分析中。

英文摘要

Next-generation ground based gravitational wave detectors will enable precision standard-siren cosmology, making systematics increasingly important. We investigate how line-of-sight acceleration, as may arise for compact binaries in dense astrophysical environments, biases measurements of the Hubble constant $H_0$. We simulate a catalogue of 50 binary neutron star bright sirens with known host redshifts, assuming the signals have been impacted by line-of-sight acceleration and analysing them with vacuum waveforms. Unmodelled line-of-sight acceleration biases the inferred luminosity distances and shifts the individual $H_0$ posteriors systematically towards lower values. Consequently, combining events narrows the posterior around a biased value rather than averaging away the systematic, even when the acceleration signs are assigned randomly. For our 50-event catalogues, affected fractions of approximately $10\%$ at $|a_\parallel|/c=10^{-6}\,\mathrm{s^{-1}}$, or $30\%$ at $|a_\parallel|/c=10^{-7}\,\mathrm{s^{-1}}$, produce offsets exceeding three posterior standard deviations in at least one quarter of the realisations. Considering larger catalogues further increases the significance of the effect. Our results indicate that environmental effects may constitute an important systematic for precision standard-siren cosmology and should be incorporated into future population analyses.

发表机构

• Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）
• Institute of Physics and Astronomy, University of Potsdam（波茨坦大学物理与天文研究所）
• Deutsche Zentrum für Astrophysik DZA（德国天体物理学中心）
• Gravitation Astroparticle Physics Amsterdam (GRAPPA), University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学引力与粒子物理阿姆斯特丹研究组）
• Center for Cosmology, Particle Physics and Phenomenology - CP3, Université Catholique de Louvain（天主教鲁汶大学宇宙学、粒子物理与现象学中心）
• Royal Observatory of Belgium（比利时皇家天文台）
• Nikhef（荷兰国家核与亚原子物理研究所）

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