GWTC-4.0: Constraints on the Cosmic Expansion Rate and Modified Gravitational-wave Propagation
Questo articolo analizza 142 sorgenti di onde gravitazionali dal catalogo GWTC-4.0 per stimare congiuntamente la costante di Hubble come 75,4−9,1+12,8 km s−1 Mpc−1 e vincolare le deviazioni dalla relatività generale nella propagazione delle onde gravitazionali, riscontrando risultati coerenti con la cosmologia standard.
Autori originali: The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, the KAGRA Collaboration, A. G. Abac, I. Abouelfettouh, F. Acernese, K. Ackley, C. Adamcewicz, S. Adhicary, D. Adhikari, N. Adhikari, R. X. Adhikari, V. K. Adkins, S. Afroz, A. Agapito, D. Agarwal, M. Agathos, N. Aggarwal, S. Aggarwal, O. D. Aguiar, I. -L. Ahrend, L. Aiello, A. Ain, P. Ajith, T. Akutsu, S. Albanesi, W. Ali, S. Al-Kershi, C. Alléné, A. Allocca, S. Al-Shammari, P. A. Altin, S. Alvarez-Lopez, W. Amar, O. Amarasinghe, A. Amato, F. Amicucci, C. Amra, A. Ananyeva, S. B. Anderson, W. G. Anderson, M. Andia, M. Ando, M. Andrés-Carcasona, T. Andrić, J. Anglin, S. Ansoldi, J. M. Antelis, S. Antier, M. Aoumi, E. Z. Appavuravther, S. Appert, S. K. Apple, K. Arai, A. Araya, M. C. Araya, M. Arca Sedda, J. S. Areeda, N. Aritomi, F. Armato, S. Armstrong, N. Arnaud, M. Arogeti, S. M. Aronson, K. G. Arun, G. Ashton, Y. Aso, L. Asprea, M. Assiduo, S. Assis de Souza Melo, S. M. Aston, P. Astone, F. Attadio, F. Aubin, K. AultONeal, G. Avallone, E. A. Avila, S. Babak, C. Badger, S. Bae, S. Bagnasco, L. Baiotti, R. Bajpai, T. Baka, A. M. Baker, K. A. Baker, T. Baker, G. Baldi, N. Baldicchi, M. Ball, G. Ballardin, S. W. Ballmer, S. Banagiri, B. Banerjee, D. Bankar, T. M. Baptiste, P. Baral, M. Baratti, J. C. Barayoga, B. C. Barish, D. Barker, N. Barman, P. Barneo, F. Barone, B. Barr, L. Barsotti, M. Barsuglia, D. Barta, A. M. Bartoletti, M. A. Barton, I. Bartos, A. Basalaev, R. Bassiri, A. Basti, M. Bawaj, P. Baxi, J. C. Bayley, A. C. Baylor, P. A. Baynard II, M. Bazzan, V. M. Bedakihale, F. Beirnaert, M. Bejger, D. Belardinelli, A. S. Bell, D. S. Bellie, L. Bellizzi, W. Benoit, I. Bentara, J. D. Bentley, M. Ben Yaala, S. Bera, F. Bergamin, B. K. Berger, S. Bernuzzi, M. Beroiz, C. P. L. Berry, D. Bersanetti, T. Bertheas, A. Bertolini, J. Betzwieser, D. Beveridge, G. Bevilacqua, N. Bevins, R. Bhandare, R. Bhatt, D. Bhattacharjee, S. Bhattacharyya, S. Bhaumik, V. Biancalana, A. Bianchi, I. A. Bilenko, M. Bilicki, G. Billingsley, A. Binetti, S. Bini, C. Binu, S. Biot, O. Birnholtz, S. Biscoveanu, A. Bisht, M. Bitossi, M. -A. Bizouard, S. Blaber, J. K. Blackburn, L. A. Blagg, C. D. Blair, D. G. Blair, N. Bode, N. Boettner, G. Boileau, M. Boldrini, G. N. Bolingbroke, A. Bolliand, L. D. Bonavena, R. Bondarescu, F. Bondu, E. Bonilla, M. S. Bonilla, A. Bonino, R. Bonnand, A. Borchers, S. Borhanian, V. Boschi, S. Bose, V. Bossilkov, Y. Bothra, A. Boudon, L. Bourg, M. Boyle, A. Bozzi, C. Bradaschia, P. R. Brady, A. Branch, M. Branchesi, I. Braun, T. Briant, A. Brillet, M. Brinkmann, P. Brockill, E. Brockmueller, A. F. Brooks, B. C. Brown, D. D. Brown, M. L. Brozzetti, S. Brunett, G. Bruno, R. Bruntz, J. Bryant, Y. Bu, F. Bucci, J. Buchanan, O. Bulashenko, T. Bulik, H. J. Bulten, A. Buonanno, K. Burtnyk, R. Buscicchio, D. Buskulic, C. Buy, R. L. Byer, G. S. Cabourn Davies, R. Cabrita, V. Cáceres-Barbosa, L. Cadonati, G. Cagnoli, C. Cahillane, A. Calafat, T. A. Callister, E. Calloni, S. R. Callos, M. Canepa, G. Caneva Santoro, K. C. Cannon, H. Cao, L. A. Capistran, E. Capocasa, E. Capote, G. Capurri, G. Carapella, F. Carbognani, M. Carlassara, J. B. Carlin, T. K. Carlson, M. F. Carney, M. Carpinelli, G. Carrillo, J. J. Carter, G. Carullo, A. Casallas-Lagos, J. Casanueva Diaz, C. Casentini, S. Y. Castro-Lucas, S. Caudill, M. Cavaglià, R. Cavalieri, A. Ceja, G. Cella, P. Cerdá-Durán, E. Cesarini, N. Chabbra, W. Chaibi, A. Chakraborty, P. Chakraborty, S. Chakraborty, S. Chalathadka Subrahmanya, J. C. L. Chan, M. Chan, K. Chang, S. Chao, P. Charlton, E. Chassande-Mottin, C. Chatterjee, Debarati Chatterjee, Deep Chatterjee, M. Chaturvedi, S. Chaty, K. Chatziioannou, A. Chen, A. H. -Y. Chen, D. Chen, H. Chen, H. Y. Chen, S. Chen, Yanbei Chen, Yitian Chen, H. P. Cheng, P. Chessa, H. T. Cheung, S. Y. Cheung, F. Chiadini, G. Chiarini, A. Chiba, A. Chincarini, M. L. Chiofalo, A. Chiummo, C. Chou, S. Choudhary, N. Christensen, S. S. Y. Chua, G. Ciani, P. Ciecielag, M. Cieślar, M. Cifaldi, B. Cirok, F. Clara, J. A. Clark, T. A. Clarke, P. Clearwater, S. Clesse, F. Cleva, E. Coccia, E. Codazzo, P. -F. Cohadon, S. Colace, E. Colangeli, M. Colleoni, C. G. Collette, J. Collins, S. Colloms, A. Colombo, C. M. Compton, G. Connolly, L. Conti, T. R. Corbitt, I. Cordero-Carrión, S. Corezzi, N. J. Cornish, I. Coronado, A. Corsi, R. Cottingham, M. W. Coughlin, A. Couineaux, P. Couvares, D. M. Coward, R. Coyne, A. Cozzumbo, J. D. E. Creighton, T. D. Creighton, P. Cremonese, S. Crook, R. Crouch, J. Csizmazia, J. R. Cudell, T. J. Cullen, A. Cumming, E. Cuoco, M. Cusinato, L. V. Da Conceição, T. Dal Canton, S. Dal Pra, G. Dálya, B. D'Angelo, S. Danilishin, S. D'Antonio, K. Danzmann, K. E. Darroch, L. P. Dartez, R. Das, A. Dasgupta, V. Dattilo, A. Daumas, N. Davari, I. Dave, A. Davenport, M. Davier, T. F. Davies, D. Davis, L. Davis, M. C. Davis, P. Davis, E. J. Daw, M. Dax, J. De Bolle, M. Deenadayalan, J. Degallaix, M. De Laurentis, F. De Lillo, S. Della Torre, W. Del Pozzo, A. Demagny, F. De Marco, G. Demasi, F. De Matteis, N. Demos, T. Dent, A. Depasse, N. DePergola, R. De Pietri, R. De Rosa, C. De Rossi, M. Desai, R. DeSalvo, A. DeSimone, R. De Simone, A. Dhani, R. Diab, M. C. Díaz, M. Di Cesare, G. Dideron, T. Dietrich, L. Di Fiore, C. Di Fronzo, M. Di Giovanni, T. Di Girolamo, D. Diksha, J. Ding, S. Di Pace, I. Di Palma, D. Di Piero, F. Di Renzo, Divyajyoti, A. Dmitriev, J. P. Docherty, Z. Doctor, N. Doerksen, E. Dohmen, A. Doke, A. Domiciano De Souza, L. D'Onofrio, F. Donovan, K. L. Dooley, T. Dooney, S. Doravari, O. Dorosh, W. J. D. Doyle, M. Drago, J. C. Driggers, L. Dunn, U. Dupletsa, P. -A. Duverne, D. D'Urso, P. Dutta Roy, H. Duval, S. E. Dwyer, C. Eassa, M. Ebersold, T. Eckhardt, G. Eddolls, A. Effler, J. Eichholz, H. Einsle, M. Eisenmann, M. Emma, K. Endo, R. Enficiaud, L. Errico, R. Espinosa, M. Esposito, R. C. Essick, H. Estellés, T. Etzel, M. Evans, T. Evstafyeva, B. E. Ewing, J. M. Ezquiaga, F. Fabrizi, V. Fafone, S. Fairhurst, A. M. Farah, B. Farr, W. M. Farr, G. Favaro, M. Favata, M. Fays, M. Fazio, J. Feicht, M. M. Fejer, R. Felicetti, E. Fenyvesi, J. Fernandes, T. Fernandes, D. Fernando, S. Ferraiuolo, T. A. Ferreira, F. Fidecaro, P. Figura, A. Fiori, I. Fiori, M. Fishbach, R. P. Fisher, R. Fittipaldi, V. Fiumara, R. Flaminio, S. M. Fleischer, L. S. Fleming, E. Floden, H. Fong, J. A. Font, F. Fontinele-Nunes, C. Foo, B. Fornal, K. Franceschetti, F. Frappez, S. Frasca, F. Frasconi, J. P. Freed, Z. Frei, A. Freise, O. Freitas, R. Frey, W. Frischhertz, P. Fritschel, V. V. Frolov, G. G. Fronzé, M. Fuentes-Garcia, S. Fujii, T. Fujimori, P. Fulda, M. Fyffe, B. Gadre, J. R. Gair, S. Galaudage, V. Galdi, R. Gamba, A. Gamboa, S. Gamoji, D. Ganapathy, A. Ganguly, B. Garaventa, J. García-Bellido, C. García-Quirós, J. W. Gardner, K. A. Gardner, S. Garg, J. Gargiulo, X. Garrido, A. Garron, F. Garufi, P. A. Garver, C. Gasbarra, B. Gateley, F. Gautier, V. Gayathri, T. Gayer, G. Gemme, A. Gennai, V. Gennari, J. George, R. George, O. Gerberding, L. Gergely, Archisman Ghosh, Sayantan Ghosh, Shaon Ghosh, Shrobana Ghosh, Suprovo Ghosh, Tathagata Ghosh, J. A. Giaime, K. D. Giardina, D. R. Gibson, C. Gier, S. Gkaitatzis, J. Glanzer, F. Glotin, J. Godfrey, R. V. Godley, P. Godwin, A. S. Goettel, E. Goetz, J. Golomb, S. Gomez Lopez, B. Goncharov, G. González, P. Goodarzi, S. Goode, A. W. Goodwin-Jones, M. Gosselin, R. Gouaty, D. W. Gould, K. Govorkova, A. Grado, V. Graham, A. E. Granados, M. Granata, V. Granata, S. Gras, P. Grassia, J. Graves, C. Gray, R. Gray, G. Greco, A. C. Green, L. Green, S. M. Green, S. R. Green, C. Greenberg, A. M. Gretarsson, H. K. Griffin, D. Griffith, H. L. Griggs, G. Grignani, C. Grimaud, H. Grote, S. Grunewald, D. Guerra, D. Guetta, G. M. Guidi, A. R. Guimaraes, H. K. Gulati, F. Gulminelli, H. Guo, W. Guo, Y. Guo, Anuradha Gupta, I. Gupta, N. C. Gupta, S. K. Gupta, V. Gupta, N. Gupte, J. Gurs, N. Gutierrez, N. Guttman, F. Guzman, D. Haba, M. Haberland, S. Haino, E. D. Hall, E. Z. Hamilton, G. Hammond, M. Haney, J. Hanks, C. Hanna, M. D. Hannam, O. A. Hannuksela, A. G. Hanselman, H. Hansen, J. Hanson, S. Hanumasagar, R. Harada, A. R. Hardison, S. Harikumar, K. Haris, I. Harley-Trochimczyk, T. Harmark, J. Harms, G. M. Harry, I. W. Harry, J. Hart, B. Haskell, C. J. Haster, K. Haughian, H. Hayakawa, K. Hayama, M. C. Heintze, J. Heinze, J. Heinzel, H. Heitmann, F. Hellman, A. F. Helmling-Cornell, G. Hemming, O. Henderson-Sapir, M. Hendry, I. S. Heng, M. H. Hennig, C. Henshaw, M. Heurs, A. L. Hewitt, J. Heynen, J. Heyns, S. Higginbotham, S. Hild, S. Hill, Y. Himemoto, N. Hirata, C. Hirose, D. Hofman, B. E. Hogan, N. A. Holland, I. J. Hollows, D. E. Holz, L. Honet, D. J. Horton-Bailey, J. Hough, S. Hourihane, N. T. Howard, E. J. Howell, C. G. Hoy, C. A. Hrishikesh, P. Hsi, H. -F. Hsieh, H. -Y. Hsieh, C. Hsiung, S. -H. Hsu, W. -F. Hsu, Q. Hu, H. Y. Huang, Y. Huang, Y. T. Huang, A. D. Huddart, B. Hughey, V. Hui, S. Husa, R. Huxford, L. Iampieri, G. A. Iandolo, M. Ianni, G. Iannone, J. Iascau, K. Ide, R. Iden, A. Ierardi, S. Ikeda, H. Imafuku, Y. Inoue, G. Iorio, P. Iosif, M. H. Iqbal, J. Irwin, R. Ishikawa, M. Isi, K. S. Isleif, Y. Itoh, M. Iwaya, B. R. Iyer, C. Jacquet, P. -E. Jacquet, T. Jacquot, S. J. Jadhav, S. P. Jadhav, M. Jain, T. Jain, A. L. James, K. Jani, J. Janquart, N. N. Janthalur, S. Jaraba, P. Jaranowski, R. Jaume, W. Javed, A. Jennings, M. Jensen, W. Jia, J. Jiang, H. -B. Jin, G. R. Johns, N. A. Johnson, M. C. Johnston, R. Johnston, N. Johny, D. H. Jones, D. I. Jones, R. Jones, H. E. Jose, P. Joshi, S. K. Joshi, G. Joubert, J. Ju, L. Ju, K. Jung, J. Junker, V. Juste, H. B. Kabagoz, T. Kajita, I. Kaku, V. Kalogera, M. Kalomenopoulos, M. Kamiizumi, N. Kanda, S. Kandhasamy, G. Kang, N. C. Kannachel, J. B. Kanner, S. A. KantiMahanty, S. J. Kapadia, D. P. Kapasi, M. Karthikeyan, M. Kasprzack, H. Kato, T. Kato, E. Katsavounidis, W. Katzman, R. Kaushik, K. Kawabe, R. Kawamoto, D. Keitel, L. J. Kemperman, J. Kennington, F. A. Kerkow, R. Kesharwani, J. S. Key, R. Khadela, S. Khadka, S. S. Khadkikar, F. Y. Khalili, F. Khan, T. Khanam, M. Khursheed, N. M. Khusid, W. Kiendrebeogo, N. Kijbunchoo, C. Kim, J. C. Kim, K. Kim, M. H. Kim, S. Kim, Y. -M. Kim, C. Kimball, K. Kimes, M. Kinnear, J. S. Kissel, S. Klimenko, A. M. Knee, E. J. Knox, N. Knust, K. Kobayashi, S. M. Koehlenbeck, G. Koekoek, K. Kohri, K. Kokeyama, S. Koley, P. Kolitsidou, A. E. Koloniari, K. Komori, A. K. H. Kong, A. Kontos, L. M. Koponen, M. Korobko, X. Kou, A. Koushik, N. Kouvatsos, M. Kovalam, T. Koyama, D. B. Kozak, S. L. Kranzhoff, V. Kringel, N. V. Krishnendu, S. Kroker, A. Królak, K. Kruska, J. Kubisz, G. Kuehn, S. Kulkarni, A. Kulur Ramamohan, Achal Kumar, Anil Kumar, Praveen Kumar, Prayush Kumar, Rahul Kumar, Rakesh Kumar, J. Kume, K. Kuns, N. Kuntimaddi, S. Kuroyanagi, S. Kuwahara, K. Kwak, K. Kwan, S. Kwon, G. Lacaille, D. Laghi, A. H. Laity, E. Lalande, M. Lalleman, P. C. Lalremruati, M. Landry, B. B. Lane, R. N. Lang, J. Lange, R. Langgin, B. Lantz, I. La Rosa, J. Larsen, A. Lartaux-Vollard, P. D. Lasky, J. Lawrence, M. Laxen, C. Lazarte, A. Lazzarini, C. Lazzaro, P. Leaci, L. Leali, Y. K. Lecoeuche, H. M. Lee, H. W. Lee, J. Lee, K. Lee, R. -K. Lee, R. Lee, Sungho Lee, Sunjae Lee, Y. Lee, I. N. Legred, J. Lehmann, L. Lehner, M. Le Jean, A. Lemaître, M. Lenti, M. Leonardi, M. Lequime, N. Leroy, M. Lesovsky, N. Letendre, M. Lethuillier, Y. Levin, K. Leyde, A. K. Y. Li, K. L. Li, T. G. F. Li, X. Li, Y. Li, Z. Li, A. Lihos, E. T. Lin, F. Lin, L. C. -C. Lin, Y. -C. Lin, C. Lindsay, S. D. Linker, A. Liu, G. C. Liu, Jian Liu, F. Llamas Villarreal, J. Llobera-Querol, R. K. L. Lo, J. -P. Locquet, S. C. G. Loggins, M. R. Loizou, L. T. London, A. Longo, D. Lopez, M. Lopez Portilla, M. Lorenzini, A. Lorenzo-Medina, V. Loriette, M. Lormand, G. Losurdo, E. Lotti, T. P. Lott IV, J. D. Lough, H. A. Loughlin, C. O. Lousto, N. Low, N. Lu, L. Lucchesi, H. Lück, D. Lumaca, A. P. Lundgren, A. W. Lussier, R. Macas, M. MacInnis, D. M. Macleod, I. A. O. MacMillan, A. Macquet, K. Maeda, S. Maenaut, S. S. Magare, R. M. Magee, E. Maggio, R. Maggiore, M. Magnozzi, M. Mahesh, M. Maini, S. Majhi, E. Majorana, C. N. Makarem, D. Malakar, J. A. Malaquias-Reis, U. Mali, S. Maliakal, A. Malik, L. Mallick, A. -K. Malz, N. Man, M. Mancarella, V. Mandic, V. Mangano, B. Mannix, G. L. Mansell, M. Manske, M. Mantovani, M. Mapelli, C. Marinelli, F. Marion, A. S. Markosyan, A. Markowitz, E. Maros, S. Marsat, F. Martelli, I. W. Martin, R. M. Martin, B. B. Martinez, D. A. Martinez, M. Martinez, V. Martinez, A. Martini, J. C. Martins, D. V. Martynov, E. J. Marx, L. Massaro, A. Masserot, M. Masso-Reid, S. Mastrogiovanni, T. Matcovich, M. Matiushechkina, L. Maurin, N. Mavalvala, N. Maxwell, G. McCarrol, R. McCarthy, D. E. McClelland, S. McCormick, L. McCuller, S. McEachin, C. McElhenny, G. I. McGhee, J. McGinn, K. B. M. McGowan, J. McIver, A. McLeod, I. McMahon, T. McRae, R. McTeague, D. Meacher, B. N. Meagher, R. Mechum, Q. Meijer, A. Melatos, C. S. Menoni, F. Mera, R. A. Mercer, L. Mereni, K. Merfeld, E. L. Merilh, J. R. Mérou, J. D. Merritt, M. Merzougui, C. Messick, B. Mestichelli, M. Meyer-Conde, F. Meylahn, A. Mhaske, A. Miani, H. Miao, C. Michel, Y. Michimura, H. Middleton, D. P. Mihaylov, A. L. Miller, S. J. Miller, M. Millhouse, E. Milotti, V. Milotti, Y. Minenkov, E. M. Minihan, Ll. M. Mir, L. Mirasola, M. Miravet-Tenés, C. -A. Miritescu, A. Mishra, C. Mishra, T. Mishra, A. L. Mitchell, J. G. Mitchell, S. Mitra, V. P. Mitrofanov, K. Mitsuhashi, R. Mittleman, O. Miyakawa, S. Miyoki, A. Miyoko, G. Mo, L. Mobilia, S. R. P. Mohapatra, S. R. Mohite, M. Molina-Ruiz, M. Mondin, M. Montani, C. J. Moore, D. Moraru, A. More, S. More, C. Moreno, E. A. Moreno, G. Moreno, A. Moreso Serra, S. Morisaki, Y. Moriwaki, G. Morras, A. Moscatello, M. Mould, B. Mours, C. M. Mow-Lowry, L. Muccillo, F. Muciaccia, D. Mukherjee, Samanwaya Mukherjee, Soma Mukherjee, Subroto Mukherjee, Suvodip Mukherjee, N. Mukund, A. Mullavey, H. Mullock, J. Mundi, C. L. Mungioli, M. Murakoshi, P. G. Murray, D. Nabari, S. L. Nadji, A. Nagar, N. Nagarajan, K. Nakagaki, K. Nakamura, H. Nakano, M. Nakano, D. Nanadoumgar-Lacroze, D. Nandi, V. Napolano, P. Narayan, I. Nardecchia, T. Narikawa, H. Narola, L. Naticchioni, R. K. Nayak, L. Negri, A. Nela, C. Nelle, A. Nelson, T. J. N. Nelson, M. Nery, A. Neunzert, S. Ng, L. Nguyen Quynh, S. A. Nichols, A. B. Nielsen, Y. Nishino, A. Nishizawa, S. Nissanke, W. Niu, F. Nocera, J. Noller, M. Norman, C. North, J. Novak, R. Nowicki, J. F. Nuño Siles, L. K. Nuttall, K. Obayashi, J. Oberling, J. O'Dell, E. Oelker, M. Oertel, G. Oganesyan, T. O'Hanlon, M. Ohashi, F. Ohme, R. Oliveri, R. Omer, B. O'Neal, M. Onishi, K. Oohara, B. O'Reilly, M. Orselli, R. O'Shaughnessy, S. O'Shea, S. Oshino, C. Osthelder, I. Ota, D. J. Ottaway, A. Ouzriat, H. Overmier, B. J. Owen, R. Ozaki, A. E. Pace, R. Pagano, M. A. Page, A. Pai, L. Paiella, A. Pal, S. Pal, M. A. Palaia, M. Pálfi, P. P. Palma, C. Palomba, P. Palud, H. Pan, J. Pan, K. C. Pan, P. K. Panda, Shiksha Pandey, Swadha Pandey, P. T. H. Pang, F. Pannarale, K. A. Pannone, B. C. Pant, F. H. Panther, M. Panzeri, F. Paoletti, A. Paolone, A. Papadopoulos, E. E. Papalexakis, L. Papalini, G. Papigkiotis, A. Paquis, A. Parisi, B. -J. Park, J. Park, W. Parker, G. Pascale, D. Pascucci, A. Pasqualetti, R. Passaquieti, L. Passenger, D. Passuello, O. Patane, A. V. Patel, D. Pathak, A. Patra, B. Patricelli, B. G. Patterson, K. Paul, S. Paul, E. Payne, T. Pearce, M. Pedraza, A. Pele, F. E. Peña Arellano, X. Peng, Y. Peng, S. Penn, M. D. Penuliar, A. Perego, Z. Pereira, C. Périgois, G. Perna, A. Perreca, J. Perret, S. Perriès, J. W. Perry, D. Pesios, S. Peters, S. Petracca, C. Petrillo, H. P. Pfeiffer, H. Pham, K. A. Pham, K. S. Phukon, H. Phurailatpam, M. Piarulli, L. Piccari, O. J. Piccinni, M. Pichot, M. Piendibene, F. Piergiovanni, L. Pierini, G. Pierra, V. Pierro, M. Pietrzak, M. Pillas, F. Pilo, L. Pinard, I. M. Pinto, M. Pinto, B. J. Piotrzkowski, M. Pirello, M. D. Pitkin, A. Placidi, E. Placidi, M. L. Planas, W. Plastino, C. Plunkett, R. Poggiani, E. Polini, J. Pomper, L. Pompili, J. Poon, E. Porcelli, E. K. Porter, C. Posnansky, R. Poulton, J. Powell, G. S. Prabhu, M. Pracchia, B. K. Pradhan, T. Pradier, A. K. Prajapati, K. Prasai, R. Prasanna, P. Prasia, G. Pratten, G. Principe, G. A. Prodi, P. Prosperi, P. Prosposito, A. C. Providence, A. Puecher, J. Pullin, P. Puppo, M. Pürrer, H. Qi, J. Qin, G. Quéméner, V. Quetschke, P. J. Quinonez, N. Qutob, R. Rading, P. Raffai, I. Rainho, S. Raja, C. Rajan, B. Rajbhandari, K. E. Ramirez, F. A. Ramis Vidal, M. Ramos Arevalo, A. Ramos-Buades, S. Ranjan, K. Ransom, P. Rapagnani, B. Ratto, A. Ravichandran, A. Ray, V. Raymond, M. Razzano, J. Read, T. Regimbau, S. Reid, C. Reissel, D. H. Reitze, A. I. Renzini, B. Revenu, A. Revilla Peña, R. Reyes, L. Ricca, F. Ricci, M. Ricci, A. Ricciardone, J. Rice, J. W. Richardson, M. L. Richardson, A. Rijal, K. Riles, H. K. Riley, S. Rinaldi, J. Rittmeyer, C. Robertson, F. Robinet, M. Robinson, A. Rocchi, L. Rolland, J. G. Rollins, R. Romano, A. Romero, I. M. Romero-Shaw, J. H. Romie, S. Ronchini, T. J. Roocke, L. Rosa, T. J. Rosauer, C. A. Rose, D. Rosińska, M. P. Ross, M. Rossello-Sastre, S. Rowan, S. K. Roy, S. Roy, D. Rozza, P. Ruggi, N. Ruhama, E. Ruiz Morales, K. Ruiz-Rocha, S. Sachdev, T. Sadecki, P. Saffarieh, S. Safi-Harb, M. R. Sah, S. Saha, T. Sainrat, S. Sajith Menon, K. Sakai, Y. Sakai, M. Sakellariadou, S. Sakon, O. S. Salafia, F. Salces-Carcoba, L. Salconi, M. Saleem, F. Salemi, M. Sallé, S. U. Salunkhe, S. Salvador, A. Salvarese, A. Samajdar, A. Sanchez, E. J. Sanchez, L. E. Sanchez, N. Sanchis-Gual, J. R. Sanders, E. M. Sänger, F. Santoliquido, F. Sarandrea, T. R. Saravanan, N. Sarin, P. Sarkar, A. Sasli, P. Sassi, B. Sassolas, B. S. Sathyaprakash, R. Sato, S. Sato, Yukino Sato, Yu Sato, O. Sauter, R. L. Savage, T. Sawada, H. L. Sawant, S. Sayah, V. Scacco, D. Schaetzl, M. Scheel, A. Schiebelbein, M. G. Schiworski, P. Schmidt, S. Schmidt, R. Schnabel, M. Schneewind, R. M. S. Schofield, K. Schouteden, B. W. Schulte, B. F. Schutz, E. Schwartz, M. Scialpi, J. Scott, S. M. Scott, R. M. Sedas, T. C. Seetharamu, M. Seglar-Arroyo, Y. Sekiguchi, D. Sellers, N. Sembo, A. S. Sengupta, E. G. Seo, J. W. Seo, V. Sequino, M. Serra, A. Sevrin, T. Shaffer, U. S. Shah, M. A. Shaikh, L. Shao, A. K. Sharma, Preeti Sharma, Prianka Sharma, Ritwik Sharma, S. Sharma Chaudhary, P. Shawhan, N. S. Shcheblanov, E. Sheridan, Z. -H. Shi, M. Shikauchi, R. Shimomura, H. Shinkai, S. Shirke, D. H. Shoemaker, D. M. Shoemaker, R. W. Short, S. ShyamSundar, A. Sider, H. Siegel, D. Sigg, L. Silenzi, L. Silvestri, M. Simmonds, L. P. Singer, Amitesh Singh, Anika Singh, D. Singh, N. Singh, S. Singh, A. M. Sintes, V. Sipala, V. Skliris, B. J. J. Slagmolen, D. A. Slater, T. J. 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Taruya, J. D. Tasson, J. G. Tau, D. Tellez, R. Tenorio, H. Themann, A. Theodoropoulos, M. P. Thirugnanasambandam, L. M. Thomas, M. Thomas, P. Thomas, J. E. Thompson, S. R. Thondapu, K. A. Thorne, E. Thrane, J. Tissino, A. Tiwari, Pawan Tiwari, Praveer Tiwari, S. Tiwari, V. Tiwari, M. R. Todd, M. Toffano, A. M. Toivonen, K. Toland, A. E. Tolley, T. Tomaru, V. Tommasini, T. Tomura, H. Tong, C. Tong-Yu, A. Torres-Forné, C. I. Torrie, I. Tosta e Melo, E. Tournefier, M. Trad Nery, K. Tran, A. Trapananti, R. Travaglini, F. Travasso, G. Traylor, M. Trevor, M. C. Tringali, A. Tripathee, G. Troian, A. Trovato, L. Trozzo, R. J. Trudeau, T. Tsang, S. Tsuchida, L. Tsukada, K. Turbang, M. Turconi, C. Turski, H. Ubach, N. Uchikata, T. Uchiyama, R. P. Udall, T. Uehara, K. Ueno, V. Undheim, L. E. Uronen, T. Ushiba, M. Vacatello, H. Vahlbruch, N. Vaidya, G. Vajente, A. Vajpeyi, J. Valencia, M. Valentini, S. A. Vallejo-Peña, S. Vallero, V. Valsan, M. van Dael, E. Van den Bossche, J. F. J. van den Brand, C. Van Den Broeck, M. van der Sluys, A. Van de Walle, J. van Dongen, K. Vandra, M. VanDyke, H. van Haevermaet, J. V. van Heijningen, P. Van Hove, J. Vanier, M. VanKeuren, J. Vanosky, N. van Remortel, M. Vardaro, A. F. Vargas, V. Varma, A. N. Vazquez, A. Vecchio, G. Vedovato, J. Veitch, P. J. Veitch, S. Venikoudis, R. C. Venterea, P. Verdier, M. Vereecken, D. Verkindt, B. Verma, Y. Verma, S. M. Vermeulen, F. Vetrano, A. Veutro, A. Viceré, S. Vidyant, A. D. Viets, A. Vijaykumar, A. Vilkha, N. Villanueva Espinosa, V. Villa-Ortega, E. T. Vincent, J. -Y. Vinet, S. Viret, S. Vitale, H. Vocca, D. Voigt, E. R. G. von Reis, J. S. A. von Wrangel, W. E. Vossius, L. Vujeva, S. P. Vyatchanin, J. Wack, L. E. Wade, M. Wade, K. J. Wagner, L. Wallace, E. J. Wang, H. Wang, J. Z. Wang, W. H. Wang, Y. F. Wang, G. Waratkar, J. Warner, M. Was, T. Washimi, N. Y. Washington, D. Watarai, B. Weaver, S. A. Webster, N. L. Weickhardt, M. Weinert, A. J. Weinstein, R. Weiss, L. Wen, K. Wette, J. 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L'universo si sta espandendo e, da decenni, gli astronomi cercano di misurare esattamente quanto velocemente lo stia facendo. Questo tasso di espansione, noto come costante di Hubble, è un numero fondamentale che ci dice l'età e le dimensioni del cosmo. Tuttavia, esiste un persistente disaccordo nella comunità scientifica. Un metodo, che osserva la scia luminosa del Big Bang, suggerisce che l'universo si stia espandendo a una certa velocità. Un altro metodo, che misura la distanza di stelle vicine che esplodono, suggerisce che si stia espandendo più velocemente. Questo divario tra le due misurazioni è uno dei più grandi enigmi della fisica moderna, il che suggerisce che la nostra comprensione dell'universo potrebbe essere incompleta.
Per risolvere questo problema, gli scienziati si sono rivolti a un nuovo tipo di righello cosmico: le onde gravitazionali. Queste sono increspature nel tessuto dello spazio-tempo causate da collisioni violente tra oggetti massicci, come buchi neri o stelle di neutroni. Quando questi oggetti si scontrano, emettono queste increspature, che viaggiano attraverso l'universo alla velocità della luce. Analizzando la forma dell'onda, gli scienziati possono calcolare esattamente quanto fosse lontano la collisione. Questa distanza è nota come distanza di luminosità. La sfida è che l'onda stessa non ci dice quanto velocemente la sorgente si stia allontanando da noi, ovvero il redshift. Senza conoscere il redshift, gli scienziati non possono collegare la distanza al tasso di espansione dell'universo.
Un team di ricercatori delle collaborazioni LIGO, Virgo e KAGRA ha ora compiuto un passo fondamentale per risolvere questo enigma. Hanno analizzato i dati di 142 eventi di onde gravitazionali rilevati dalla loro rete di osservatori. Questi eventi includevano collisioni di buchi neri e stelle di neutroni. Poiché la maggior parte di queste collisioni non produce luce visibile, il team ha dovuto utilizzare metodi statistici ingegnosi per capire dove siano avvenute. Hanno trattato la collezione di eventi come una popolazione, cercando schemi nelle masse degli oggetti in collisione. Proprio come un censimento può rivelare la struttura anagrafica di una città, la distribuzione di queste masse cosmiche contiene indizi su quanto siano lontani gli eventi. Hanno anche incrociato le posizioni di questi eventi con un enorme catalogo di galassie, cercando potenziali galassie ospiti che potessero fornire l'informazione mancante sul redshift.
I ricercatori hanno combinato questi due approcci con un singolo evento famoso che ha prodotto luce: una collisione di due stelle di neutroni che è stata vista sia in onde gravitazionali che in luce visibile. Fondendo i dati di questo singolo evento luminoso con l'analisi statistica dei 141 eventi oscuri, sono arrivati a una nuova stima del tasso di espansione dell'universo. Il loro risultato è di 75,4 chilometri al secondo per megaparsec. Questo numero si colloca tra i due valori precedentemente in conflitto, sebbene tenda verso il valore più veloce misurato dalle stelle vicine. L'incertezza in questa misurazione è ancora significativa, il che significa che il valore reale potrebbe ragionevolmente trovarsi ovunque tra circa 62 e 88 chilometri al secondo per megaparsec, ma il metodo stesso è robusto e indipendente dalle tecniche precedenti.
Oltre a misurare il tasso di espansione, il team ha utilizzato questi dati anche per testare le leggi fondamentali della gravità. La teoria della relatività generale di Albert Einstein prevede che le onde gravitazionali viaggino attraverso l'universo in un modo specifico, non influenzate dall'espansione dello spazio in termini di ampiezza. Alcune teorie alternative della gravità suggeriscono che, mentre viaggiano per enormi distanze, le onde potrebbero perdere energia o cambiare in modo tale da farle apparire più lontane di quanto non siano in realtà. I ricercatori hanno controllato queste deviazioni confrontando la distanza misurata dalle onde gravitazionali con la distanza attesa dalla cosmologia standard. Non hanno trovato prove di tali deviazioni. I dati sono coerenti con la teoria di Einstein, suggerendo che la gravità si comporti esattamente come previsto anche attraverso le vaste distanze del cosmo.
Lo studio evidenzia sia la potenza che le attuali limitazioni di questo nuovo campo dell'astronomia. I ricercatori hanno scoperto che i risultati più precisi derivavano dall'utilizzo di un modello completo che includeva tutti i tipi di oggetti in collisione, dalle stelle di neutroni più leggere ai buchi neri più pesanti. Questo approccio ha permesso loro di estrarre più informazioni dai dati rispetto ai metodi precedenti. Tuttavia, la precisione della misurazione è attualmente limitata da quanto bene il team riesca a individuare la posizione di questi eventi nel cielo. Durante il periodo di osservazione utilizzato per questo studio, uno dei rilevatori chiave era offline, il che ha reso più difficile restringere l'esatta posizione delle collisioni. Man mano che più rilevatori torneranno online e i cataloghi di galassie diventeranno più completi, il team si aspetta che queste misurazioni diventino molto più nitide.
Questo lavoro rappresenta un percorso costante e indipendente verso la risoluzione della tensione nella nostra comprensione dell'universo. Non dice ancora in modo definitivo quale dei due precedenti valori in conflitto sia quello corretto, ma dimostra che le onde gravitazionali possono servire come uno strumento affidabile e autocalibrante per la cosmologia. Con la crescita della rete di rilevatori e l'espansione del catalogo degli eventi, queste increspature cosmiche continueranno a raffinare la nostra immagine dell'universo, offrendo una nuova prospettiva sulle forze che modellano la nostra esistenza. La strada da percorrere consiste nell'attendere ulteriori collisioni, una migliore localizzazione e mappe galattiche più profonde, ma le fondamenta per una nuova era di misurazione cosmica sono state gettate con fermezza.
Sintesi Tecnica: GWTC-4.0: Vincoli sul tasso di espansione cosmica e sulla propagazione modificata delle onde gravitazionali
Definizione del problema
L'obiettivo primario di questo lavoro è ottenere misurazioni indipendenti della costante di Hubble (H0) e testare la Relatività Generale (GR) su scale cosmologiche utilizzando i dati delle onde gravitazionali (GW). Esiste una tensione significativa tra le misurazioni di H0 dell'Universo primordiale derivate dal Fondo Cosmico a Microonde (CMB) e le misurazioni locali derivate dalle supernovae di Tipo Ia (la "tensione di Hubble"). Poiché le GW provenienti da coalescenze di binarie compatte (CBC) agiscono come "sirene standard" fornendo una misura diretta della distanza di luminosità, il redshift della sorgente non può essere determinato dal solo segnale GW a causa di una degenerazione con le masse del sistema binario. Le analisi precedenti spesso si sono basate sul fissaggio dei parametri di popolazione o hanno carecato la capacità computazionale di inferire congiuntamente le proprietà cosmologiche e di popolazione quando venivano incorporati i cataloghi di galassie. Questo articolo affronta tali limitazioni analizzando l'intera popolazione di candidati CBC nel quarto catalogo di transienti di onde gravitazionali della Collaborazione LIGO–Virgo–KAGRA (GWTC-4.0).
Metodologia
L'analisi impiega un framework bayesiano gerarchico per inferire congiuntamente i parametri cosmologici (specificamente H0 in un modello ΛCDM piatto) e le proprietà a livello di popolazione delle binarie compatte in fusione. La metodologia integra due approcci primari per rompere la degenerazione massa-redshift:
Metodo della Sirena Spettrale (Spectral Siren Method): Questo approccio utilizza le caratteristiche nella distribuzione delle masse nel frame della sorgente (ad esempio, picchi, tagli e il mass gap tra stelle di neutroni e buchi neri) per inferire statisticamente i redshift. Gli autori utilizzano tre modelli di massa fenomenologici:
- POWER LAW + PEAK (PLP): Una legge di potenza con un taglio morbido alle basse masse e un singolo picco gaussiano.
- MULTI PEAK (MLTP): Un'estensione di PLP che include un secondo picco gaussiano.
- FULLPOP-4.0: Un modello unificato che comprende l'intero spettro di massa di le fusioni di BNS (stelle di neutroni binarie), NSBH (stella di neutroni-buco nero) e BBH (buchi neri binarie), caratterizzato da una funzione di "dip" per modellare il mass gap.
Metodo della Sirena Oscura (Dark Siren Method): Questo approccio integra il metodo della sirena spettrale identificando potenziali galassie ospiti all'interno del volume di localizzazione GW utilizzando il catalogo galattico all-sky GLADE+. Gli autori costruiscono i prior di redshift pesando le galassie in base alla loro luminosità (pesatura della luminosità, ϵ=1) o trattando tutte le galassie allo stesso modo (senza pesatura, ϵ=0). Tengono conto delle galassie "fuori catalogo" utilizzando una funzione di Schechter per modellare la popolazione mancante.
Selezione dei Dati
L'analisi utilizza 142 candidati CBC da GWTC-4.0 con un tasso di falso allarme (FAR) <0,25 anno−1. Ciò include 137 candidati BBH e 5 candidati con almeno una componente di stella di neutroni. L'evento multimessaggero GW170817 è trattato separatamente come una "sirena luminosa" (con un controparte elettromagnetica nota) e combinato a posteriori con i risultati della sirena oscura. L'analisi utilizza campioni posteriori generati con specifici approssimanti di forma d'onda (ad esempio, IMRPHENOMXPHM) per garantire la coerenza, correggendo i precedenti errori di normalizzazione nella funzione di verosimiglianza e nei prior di calibrazione.
Contributi Chiave e Risultati
Misurazione della Costante di Hubble (H0):
Combinando l'analisi della sirena oscura di 141 eventi (escludendo GW170817 dall'inferenza della sirena oscura) con la sirena luminosa GW170817, gli autori riportano una H0 mediana di 75,4 km s−1 Mpc−1.- L'intervallo di credibilità (CI) simmetrico al 68,3% è −12,8+9,1 km s−1 Mpc−1.
- Il CI simmetrico al 90% è −24,5+13,3 km s−1 Mpc−1.
- L'analisi dimostra che il modello di massa FULLPOP-4.0 fornisce i vincoli più stretti, migliorando rispetto ai modelli a singola popolazione (PLP e MLTP) di circa il 40–50%.
- L'inclusione del catalogo galattico (GLADE+) migliora i vincoli su H0 di circa il 15% rispetto al solo metodo della sirena spettrale, sebbene le caratteristiche dello spettro di massa rimangano la fonte dominante di informazione.
Propagazione Modificata delle Onde Gravitazionali:
Il documento vincola le deviazioni dalla GR che influenzano la propagazione delle GW, parametrizzate dal rapporto tra la distanza di luminosità GW (DLGW) e la distanza di luminosità elettromagnetica (DLEM). Sono stati testati due parametrizzazioni:- Parametrizzazione Ξ0–n: Descrive l'evoluzione del rapporto di distanza con il redshift. Gli autori trovano Ξ0=1,4−0,6+1,0 (68% CI) con un ampio prior di H0, coerente con la GR (Ξ0=1).
- Parametrizzazione αM: Basata sulla gravità di Horndeski, vincola il tasso di variazione della massa di Planck effettiva. Gli autori trovano cM=1,3−1,8+2,2 (68% CI) con un ampio prior di H0, coerente con la GR (cM=0).
Questi risultati non mostrano evidenza di gravità modificata su scale cosmologiche e rappresentano un miglioramento del 15–25% nei vincoli rispetto alle precedenti analisi GWTC-3.0.
Robustezza dei Sistemi:
Lo studio esegue estesi controlli di robustezza, variando i modelli di massa, gli schemi di pesatura delle galassie e le soglie di integrazione numerica. I risultati si rivelano robusti rispetto a tali variazioni; l'incertezza sistematica dominante deriva dalla scelta del modello di distribuzione di massa piuttosto che dall'incompletezza del catalogo galattico o dalle soglie numeriche.
Significatività e Rivendicazioni
Il documento afferma che il principale avanzamento di questo lavoro è la marginalizzazione congiunta sui iperparametri cosmologici e di popolazione integrando le informazioni del catalogo galattico. Le precedenti analisi LVK con cataloghi galattici si basavano su parametri di popolazione fissi, il che poteva portare a vincoli eccessivamente ottimistici. Marginalizzando completamente sulla distribuzione di massa e sull'evoluzione del tasso di fusione, questo studio fornisce un trattamento statisticamente più robusto delle incertezze.
Gli autori dichiarano che i loro risultati sono coerenti sia con le misurazioni CMB di Planck che con le misurazioni locali SH0ES entro il CI al 90%, sebbene non risolvano l'attuale tensione. Essi sottolineano che il modello FULLPOP-4.0, che unifica l'analisi delle popolazioni BNS, NSBH e BBH, è cruciale per massimizzare il potere di vincolo dei dati. Inoltre, il lavoro dimostra che gli eventi GW possono servire come sonda indipendente della gravità modificata, con vincoli che migliorano significativamente grazie all'aumento del numero di eventi in GWTC-4.0 e all'inclusione di sorgenti a redshift più elevato, anche in assenza di un catalogo galattico completo a quelle distanze.
Gli autori concludono che, sebbene le attuali limitazioni (come l'assenza del rilevatore Virgo durante la corsa O4a e l'incompletezza del catalogo GLADE+ ad alti redshift) ne limitino la precisione delle misurazioni, la metodologia presentata stabilisce un quadro per futuri miglioramenti. Anticipano che l'aggiunta di Virgo alla rete e il rilascio di cataloghi galattici più profondi (ad esempio, UpGLADE, DESI, Euclid) miglioreranno significativamente la precisione delle misurazioni.
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Scelto da ricercatori di Stanford, Cambridge e dell'Accademia francese delle scienze.
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