[论文解读] The Two LIGO/Virgo Binary Black Hole Mergers on 2019 August 28 Were Not Strongly Lensed

L. P. Singer, D. A. Goldstein+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2019

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 2被引用 6

一句话总结

本文研究了2019年8月28日LIGO/Virgo探测到的两个双黑洞并合事件S190828j和S190828l是否为同一事件的强引力透镜像。通过模拟透镜化事件对并使用频率学假设检验，作者在99.8%置信水平下拒绝了透镜化假设，得出结论：这两个事件无关，其天球分离角大于10°，与典型的角秒量级透镜系统不一致。

ABSTRACT

The LIGO/Virgo gravitational wave events S190828j and S190828l were detected only 21 minutes apart, from nearby regions of sky, and with the same source classifications (binary black hole mergers). It is therefore natural to speculate that the two signals are actually strongly lensed images of the same merger. However, an estimate of the separation of the (unknown) positions of the two events requires them to be >10 deg apart, much wider than the arcsecond-scale separations that usually arise in extragalactic lensing. The large separation is much more consistent with two independent, unrelated events that occurred close in time by chance. We quantify the overlap between simulated pairs of lensed events, and use frequentist hypothesis testing to reject S190828j/l as a lensed pair at 99.8% confidence.

研究动机与目标

• 评估2019年8月28日LIGO/Virgo探测到的两个双黑洞并合事件是否为同一事件的强引力透镜像。
• 评估在观测到的21分钟时间延迟和事件间>10°角分离的条件下，强透镜化的可能性。
• 模拟双黑洞并合事件的透镜化配对，并将其天区定位特性与观测到的S190828j/l警报进行比较。
• 使用频率学统计方法检验透镜化假设，并量化观测到的分离角的统计显著性。
• 解决事件的空间接近性与时间巧合性与强透镜模型预期之间的矛盾。

提出的方法

• 使用BAYESTAR天区图模拟双黑洞并合事件的透镜化配对，以建模透镜化事件的定位概率轮廓。
• 采用HEALPix像素化方法表示并比较模拟事件与观测事件的天区定位区域。
• 应用频率学假设检验，将S190828j与S190828l之间的观测角分离与模拟透镜化配对的分离分布进行比较。
• 通过公式$ D_{L}^{ ext{obs}} = D_{L} / \sqrt{ |\mu| } $计算透镜放大效应对光度距离的影响，同时保持红移后啁啾质量不变。
• 将爱因斯坦角$ \theta_{\text{E}} $作为点质量透镜模型中像分离的关键尺度。
• 使用LIGO/Virgo公开警报和天区定位数据验证模拟框架并检验透镜化假设。

实验结果

研究问题

• RQ1 2019年8月28日LIGO/Virgo探测到的两个双黑洞并合事件是否可能为同一事件的强透镜像？
• RQ2 观测到的S190828j与S190828l之间>10°的角分离是否与强透镜化情景一致？
• RQ3 在模拟的透镜化配对背景下，观测到的分离角与时间延迟具有多高的统计显著性？
• RQ4 透镜化事件的天区定位轮廓与观测到的S190828j/l事件相比如何？
• RQ5 观测到的21分钟时间延迟与角分离是否与已知的透镜放大效应和像多重性模型相容？

主要发现

• S190828j与S190828l之间的观测角分离超过10°，这与星系际强透镜化中通常预期的角秒量级分离不一致。
• 通过频率学假设检验，在99.8%置信水平下拒绝了S190828j与S190828l为同一双黑洞并合事件的强透镜像的假设。
• 模拟的双黑洞并合事件透镜化配对显示出显著小于观测到的10°分离角，使得透镜化情景极不可能成立。
• 21分钟的时间延迟太短，无法与典型星系或星系团尺度透镜质量的延迟相容，后者通常产生数小时至数十年的延迟。
• 两个事件的天区定位轮廓形状相似且彼此接近，但这种空间接近性更可能由偶然巧合解释，而非透镜化所致。
• 结果支持S190828j与S190828l为独立发生的双黑洞并合事件，其时间接近纯属巧合。