Gravitationswellen-Dunkelsiren-Kosmologie-Systematik durch Galaxiengewichtung

Die Entdeckung von GW170817 lieferte die erste direkte Gravitationswellenmessung der Hubble-Konstanten, H₀, und demonstrierte das Potenzial der Standard-Siren-Kosmologie. Der Dunkelsirenansatz kann für Gravitationswellenquellen ohne elektromagnetisches Pendant verwendet werden: Man betrachtet alle Galaxien innerhalb des Lokalisierungsvolumens als potenzielle Wirte. Bei der statistischen Mittelung über die potenziellen Wirtgalaxien kann man sie nach ihrer Helligkeit gewichten, um physikalisch motivierte Vorschriften zu berücksichtigen (z. B. den Nachweis von Sternentstehung oder stellare Masse). Anhand von simulierten Galaxiekatalogen untersuchen wir die Auswirkungen dieser Gewichtungen auf die Messung von H₀ und konzentrieren uns auf die Verzerrung in der H₀-Inferenz, die durch falsch gewichtete Vorschriften entsteht. Wir stellen fest, dass die Annahme einer falschen Wirtgalaxienwahrscheinlichkeit zu erheblichen Verzerrungen in H₀ führen kann, die bis zu etwa fünfmal von typischen Werten abweichen, die von aktuellen Experimenten abgeleitet werden. Diese Verzerrungen sind auf inkonsistente gewichtete Rotverschiebungsverteilungen der Galaxien sowie auf die bevorzugte Auswahl des falschen Wirts während der Inferenz zurückzuführen. Die Größen dieser Verzerrungen werden durch die Galaxienanzahlendichte entlang jeder Sichtlinie, die Unsicherheit bei der Messung der Gravitationswellen-Helligkeitsdistanz und Korrelationen im Parameterraum der Galaxien beeinflusst. Diese Verzerrungen können durch zukünftige GW-Detektoren mit besserer GW-Lokalisierung, unter Verwendung einer strategischen Wahl der Gewichtungsvorschrift oder durch Erhöhung des SNR-Schnitts überwunden werden. Wir schlagen vor, die hierarchische Inferenz als Diagnose für falsch gewichtete Vorschriften zu verwenden, die weiter genutzt werden kann, um gleichzeitig das korrekte Gewichtungsschema und die kosmologischen Parameter abzuleiten.