[論文レビュー] Data release - A Standard Siren Cosmological Measurement from the Potential GW190521 Electromagnetic Counterpart ZTF19abanrhr

Hsin-Yu Chen, C.‐J. Haster+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2020

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 58被引用数 35

ひとこと要約

本論文は、GW190521とその電磁対応体ZTF19abanrhrを用いた宇宙論的測定を提示し、この系を標準サインとして扱って宇宙論的パラメータを推定する。平坦なwCDMモデルを仮定し、ZTF19abanrhrをGW190521と関連付けると、H₀ = 48⁺²³₋₁₀ km s⁻¹ Mpc⁻¹、Ωₘ = 0.35⁺⁰.⁴¹₋₀.²⁶、w₀ = −1.31⁺⁰.⁶¹₋₀.⁴⁸が得られ、GW170817とPlanckデータからの事前制約を組み合わせた場合、H₀の改良推定値は68.9⁺⁸.⁷₋₆.⁰ km s⁻¹ Mpc⁻¹となる。

ABSTRACT

Data release accompanying the manuscript "<strong>A Standard Siren Cosmological Measurement from the Potential GW190521 Electromagnetic Counterpart ZTF19abanrhr</strong>" - Chen et al. (2020) assuming an association between the LIGO-Virgo gravitational wave signal GW190521 and the electromagnetic signal ZTF19abanrhr as identified by Graham et al 2020. The posterior samples for the GW analyses are available from Isi (2020) and LVC (2020) respectively.

研究の動機と目的

• ZTF19abanrhrが二重ブラックホール合体GW190521の妥当な電磁的対応体であるかどうかを検証すること。
• 非局所的・高赤方偏移のBBHイベントを用いた標準サイン法による宇宙論的推定を実施すること。
• BBH-EM関連を用いて、ハッブル定数H₀を越えた宇宙論的パラメータ制約を拡張すること。
• 事前分布および外部制約がH₀および他の宇宙論的パラメータに与える影響を評価すること。
• 異なる天体物理学的仮定およびGWモデルのもとでの標準サイン測定の頑健性を評価すること。

提案手法

• LIGO-VirgoデータからのGW190521の3次元空間局在化を、距離の体積に一様な事前分布を用いて実施。
• Planck 2018宇宙論を用いて、3次元局在化体積とZTF19abanrhrの赤方偏移位置を相関させた。
• ベイズ推論を用いて、GWデータとEM対応体の赤方偏移を組み合わせ、平坦なwCDMモデル下でのH₀、Ωₘ、w₀の制約を実施。
• 外部制約を組み込んだ：GW170817からのH₀事前分布とPlanck CMB観測からのωₘ事前分布。
• 高質量BBHに適した精度を確保するため、NRSur7dq1波形モデルをGWパラメータ推定に使用。
• PyMC3を用いたMCMC（emcee）サンプリングにより、宇宙論的パラメータの事後分布推定を実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ZTF19abanrhrは、GW190521の3次元局在化体積内において統計的に整合性のある電磁的対応体とみなせるか？
• RQ2 平坦なwCDMモデル下で、GW190521–ZTF19abanrhr関連からどの宇宙論的パラメータ（H₀、Ωₘ、w₀）が推定可能か？
• RQ3 外部事前分布（例：GW170817およびPlanckからのもの）は、この測定におけるH₀の精度および中央値にどのように影響を与えるか？
• RQ4 波形モデル、二重星の軸傾き、質量比などの天体物理学的仮定が、推定された宇宙論的パラメータに与える影響は何か？
• RQ5 高赤方偏移BBH合体とEM対応体を併用した標準サイン測定は、Ωₘおよびw₀の制約に意味のある情報を与えることができるか？

主な発見

• ZTF19abanrhrは、GW190521の3次元局在化体積の67%信用区間内に位置しており、潜在的な対応体としての関連性を支持する。
• 平坦なwCDMモデル下で、分析からH₀ = 48⁺²³₋₁₀ km s⁻¹ Mpc⁻¹、Ωₘ = 0.35⁺⁰.⁴¹₋₀.²⁶、w₀ = −1.31⁺⁰.⁶¹₋₀.⁴⁸（中央値および68%信用区間）が得られた。
• GW170817からのH₀事前分布とPlanckのωₘ事前分布を組み合わせた場合、改良されたH₀推定値は68.9⁺⁸.⁷₋₆.⁰ km s⁻¹ Mpc⁻¹となる。
• 結果は事前分布の仮定に敏感であり、広いH₀事前分布では低い値の支持が強まる傾向にあり、信頼性の高い事前分布の必要性が強調される。
• 本研究は、高赤方偏移BBH–EM関連からΩₘおよびw₀を測定する可能性を示した。これはH₀の推定を超える。
• 今後の改善には、より高精度なGW波形と、二重星の軸傾きおよび選択効果に起因する系誤差の適切な取り扱いが必要となる。