[論文レビュー] On constraining the speed of gravitational waves following GW150914

Diego Blas, Mikhail M. Ivanov+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 12, 2016

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、GW150914の際のLIGOのハンフォードおよびリビングストンの検出器間の時間遅れを用いて重力波の速度を制約し、光速の単位で $c_{gw} \lesssim 1.7$ の結果を得た。宇宙線のチェレンコフ損失に関する制約と組み合わせることで、モデルに依存しない境界 $1 \lesssim c_{gw} \lesssim 1.7$ を確立し、従来の限界を上回る範囲に収束する重力波速度の可能性を狭めた。

ABSTRACT

We point out that the observed time delay between the detection of the signal at the Hanford and Livingston LIGO sites from the gravitational wave event GW150914 places an upper bound on the speed of propagation of gravitational waves, $c_{gw}\lesssim 1.7$ in the units of speed of light. Combined with the lower bound from the absence of gravitational Cherenkov losses by cosmic rays that rules out most of subluminal velocities, this gives a model-independent double-sided constraint $1\lesssim c_{gw}\lesssim 1.7$. We compare this result to model-specific constraints from pulsar timing and cosmology.

研究の動機と目的

• GW150914の観測データを用いて、理論的モデルに依存しない重力波速度の制約を導出すること。
• LIGO検出器間の時間遅れと宇宙線のチェレンコフ損失観測を組み合わせ、$c_{gw}$ の境界を厳しくすること。
• 得られた制約をパulsarタイミングと宇宙論的観測からのモデル特異的限界と比較すること。
• 特定の理論的モデルに依存せずに、重力波速度の境界の精度を向上させること。

提案手法

• ハンフォードおよびリビングストンのLIGO施設でGW150914が検出された10 msの時間遅れを分析し、重力波伝播速度の上界を推定すること。
• 光速未満の重力波が宇宙線から検出可能な重力的チェレンコフ放射を引き起こすが、観測ではその痕跡が認められないことから、この条件を適用すること。
• 時間遅れから得られる上界と、チェレンコフ損失の不在から得られる下界を組み合わせ、$c_{gw}$ に対する二重境界を形成すること。
• 得られた範囲を、パルサータイミングアレイおよび宇宙論的測定からの既存のモデル依存型制約と比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GW150914のLIGO検出器間の時間遅れから、重力波速度に導ける上界は何か？
• RQ2 宇宙線による重力的チェレンコフ損失の不在は、光速未満の重力波速度をどのように制約するか？
• RQ3 時間遅れとチェレンコフ損失の制約を組み合わせた結果、重力波速度のモデルに依存しない範囲は何か？
• RQ4 この二重境界は、パルサータイミングと宇宙論からのモデル特異的制約と比べてどう異なるか？

主な発見

• ハンフォードとリビングストンのLIGO検出器間の10 msの時間遅れは、光速の単位で $c_{gw} \lesssim 1.7$ の上界を示唆する。
• 宇宙線からの重力的チェレンコフ放射が観測されないことは、大部分の光速未満の速度を排除し、下界 $c_{gw} \gtrsim 1$ を提供する。
• これらの二つの制約を組み合わせることで、モデルに依存しない範囲 $1 \lesssim c_{gw} \lesssim 1.7$ が得られる。
• この範囲は、多くのモデル特異的制約よりも厳しく、理論的モデルに依存しない観測に基づく重力波速度の堅牢な限界を提供する。