[论文解读] 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 35

一句话总结

本文利用GW190521及其潜在的电磁对应体ZTF19abanrhr，通过将该系统视为标准圆规（standard siren）来推断宇宙学参数。在平坦wCDM模型假设下，并将ZTF19abanrhr与GW190521关联，研究得出H₀ = 48⁺²³₋₁₀ km s⁻¹ Mpc⁻¹，Ωₘ = 0.35⁺⁰.⁴¹₋₀.²⁶，w₀ = −1.31⁺⁰.⁶¹₋₀.⁴⁸，当结合GW170817和Planck数据的先验约束时，H₀的修正估计值为68.9⁺⁸.⁷₋₆.⁰ km s⁻¹ Mpc⁻¹。

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.

研究动机与目标

• 检验ZTF19abanrhr是否为双黑洞并合事件GW190521的可行电磁对应体。
• 利用非本地、高红移双黑洞事件的标准化圆规方法进行宇宙学推断。
• 在双黑洞-电磁对应体关联的基础上，将宇宙学参数约束扩展至哈勃常数H₀以外。
• 评估先验和外部约束对H₀及其他宇宙学参数的影响。
• 评估在不同天体物理假设和引力波模型下，标准圆规测量的稳健性。

提出的方法

• 利用LIGO-Virgo数据对GW190521进行三维空间定位，并在光度距离体积内采用均匀先验。
• 使用Planck 2018宇宙学模型，将三维定位体积与ZTF19abanrhr的红移位置进行交叉相关。
• 应用贝叶斯推断，结合引力波数据与电磁对应体红移，基于平坦wCDM模型约束H₀、Ωₘ与w₀。
• 引入外部约束：来自GW170817的H₀先验和来自Planck CMB观测的ωₘ先验。
• 采用NRSur7dq1波形模型进行引力波参数估计，确保对大质量双黑洞的准确性。
• 使用Markov链蒙特卡洛（emcee）采样与PyMC3进行宇宙学参数后验推断。

实验结果

研究问题

• RQ1 在GW190521的三维定位体积内，ZTF19abanrhr是否在统计上与该事件一致，可作为潜在对应体？
• RQ2 在平坦wCDM模型下，基于GW190521–ZTF19abanrhr关联，可推断出哪些宇宙学参数（H₀、Ωₘ、w₀）？
• RQ3 外部先验（如来自GW170817和Planck）如何影响该测量中H₀的精度与中心值？
• RQ4 天体物理假设（如波形模型、双星倾角、质量比）对推断的宇宙学参数有何影响？
• RQ5 来自高红移双黑洞并合事件与电磁对应体的标准化圆规测量，能否对Ωₘ与w₀提供有意义的约束？

主要发现

• ZTF19abanrhr位于GW190521三维定位体积的67%可信区域内，支持其作为潜在对应体的关联性。
• 在平坦wCDM模型下，分析结果为H₀ = 48⁺²³₋₁₀ km s⁻¹ Mpc⁻¹，Ωₘ = 0.35⁺⁰.⁴¹₋₀.²⁶，w₀ = −1.31⁺⁰.⁶¹₋₀.⁴⁸（中位数与68%可信区间）。
• 当结合GW170817的H₀先验与Planck的ωₘ先验时，修正后的H₀估计值为68.9⁺⁸.⁷₋₆.⁰ km s⁻¹ Mpc⁻¹。
• 结果对先验假设敏感，较宽的H₀先验会使支持值向更低方向偏移，凸显了稳健先验的重要性。
• 本研究证明了从高红移双黑洞-电磁对应体关联中测量Ωₘ与w₀的可行性，突破了仅限于H₀推断的局限。
• 未来改进需依赖更高精度的引力波波形模型，并仔细处理双星倾角与选择效应带来的系统不确定性。