[論文レビュー] Tests of General Relativity with GWTC-3

The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration+1683 more|University of Birmingham Research Portal (University of Birmingham)|Dec 13, 2021

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 168

ひとこと要約

この論文は General Relativity のテストを GWTC-3 重力波イベントカタログを使用して実施し、複数の分析にわたってGR予測との整合性を評価します。

ABSTRACT

The ever-increasing number of detections of gravitational waves (GWs) from compact binaries by the Advanced LIGO and Advanced Virgo detectors allows us to perform ever-more sensitive tests of general relativity (GR) in the dynamical and strong-field regime of gravity. We perform a suite of tests of GR using the compact binary signals observed during the second half of the third observing run of those detectors. We restrict our analysis to the 15 confident signals that have false alarm rates $\leq 10^{-3}\, { m yr}^{-1}$. In addition to signals consistent with binary black hole (BH) mergers, the new events include GW200115_042309, a signal consistent with a neutron star--BH merger. We find the residual power, after subtracting the best fit waveform from the data for each event, to be consistent with the detector noise. Additionally, we find all the post-Newtonian deformation coefficients to be consistent with the predictions from GR, with an improvement by a factor of ~2 in the -1PN parameter. We also find that the spin-induced quadrupole moments of the binary BH constituents are consistent with those of Kerr BHs in GR. We find no evidence for dispersion of GWs, non-GR modes of polarization, or post-merger echoes in the events that were analyzed. We update the bound on the mass of the graviton, at 90% credibility, to $m_g \leq 2.42 imes 10^{-23} \mathrm{eV}/c^2$. The final mass and final spin as inferred from the pre-merger and post-merger parts of the waveform are consistent with each other. The studies of the properties of the remnant BHs, including deviations of the quasi-normal mode frequencies and damping times, show consistency with the predictions of GR. In addition to considering signals individually, we also combine results from the catalog of GW signals to calculate more precise population constraints. We find no evidence in support of physics beyond GR.

研究の動機と目的

• GWTC-3 イベントを用いて強重力場領域における General Relativity の妥当性を動機づけ、評価する。
• 複数の GR 一致性テストを組み合わせて GR 予測からのずれを分析する。
• Alternative theories または GR からのパラメータ化されたずらみの制約を定量化する。
• GWTC-3 カタログ全体にわたる波形モデルとデータ品質の観点から結果の頑健性を評価する。

提案手法

• GWTC-3 イベントに対して GR 一致性テストを適用する。
• パラメータ化されたずれと事後分析を用いて GR 侵害の可能性を制約する。
• 異なる波形モデルとデータ条件付けで結果を照合する。
• 結果を総合して GR からのずれに関する世界的な制約を提示する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GWTC-3 イベントは複数の波形分析とテストを通じて一般相対性理論と一致しているか。
• RQ2 GWTC-3 データによって許容される GR からのずれの制約は何か。
• RQ3 波形システムaticとモデリング選択に対する GR テストの頑健性はどの程度か。
• RQ4 GWTC-3 データは GR 予測との統計的に有意な緊張を示すか。

主な発見

• GR 一致性は検証されたずれの枠組みの中で GWTC-3 データセット全体にわたり報告されている。
• GR からのパラメータ化されたずれに対する制約が GWTC-3 イベントを用いて設定された。
• 結果は波形モデルとデータ品質選択に対する頑健性を確認している。
• 分析された枠組みとデータの範囲内で GR の有意な違反は主張されていない。