¿Cómo se determina la constante de Hubble a partir de ondas gravitacionales?

Sabemos que hay una discrepancia entre las mediciones de la constante de Hubble, H 0 . Por un lado está el método de la misión Planck, donde utilizan el CMB y el Λ Modelo CDM para determinar la constante de Hubble. Por otro lado, utilizan velas estándar, como variables Cefeidas (por ejemplo: Riess et al., 2019) y gigantes rojas (por ejemplo: Freedman et al., 2020). Las medidas muy precisas no se superponen y, por lo tanto, necesitamos una 'solución'.

Una manera de mejorar nuestro conocimiento sobre H 0 es mediante el uso de ondas gravitacionales para determinar la constante de Hubble ( Feeney et al. , versión Arxiv ). Comparan la "fuerza" medida de la onda gravitacional con la "fuerza" de la onda cuando se creó para determinar la distancia al objeto fuente. Pero, ¿cómo calculan/determinan la 'fuerza' de la onda en la fuente? Sé que también usan una observación EMS para calcular el corrimiento al rojo (y ese corrimiento al rojo convertido en velocidad radial dividido por la distancia da H 0 ), pero ¿de dónde calculan la fuente-'fuerza' de la onda gravitacional? ¿De qué otro modo podrían determinar cuánta energía ha perdido la onda? Parece que no puedo encontrar la respuesta.

Respuestas (1)

Si mide la forma de onda gravitatoria de un binario inspirador, puede medir en cualquier punto la amplitud, la frecuencia instantánea y la tasa de cambio de frecuencia. Los dos últimos te dan la " masa de chirrido ", que está relacionada con el producto y la suma de las masas de los componentes binarios.

La amplitud de la onda gravitatoria depende entonces de la masa del chirrido y de la distancia a la fuente. Así podemos estimar la distancia (luminosidad).

Si conocemos el corrimiento al rojo de la fuente, o al menos el corrimiento al rojo de la galaxia en la que se encuentra, entonces es posible una estimación independiente del parámetro de Hubble. Por lo tanto, esto solo se puede hacer para fuentes de ondas gravitacionales con galaxias anfitrionas identificadas (hasta ahora, esto solo se puede hacer para fuentes GW que muestran una contraparte electromagnética: estrellas de neutrones fusionadas).

Es un poco más complicado que esto, porque la amplitud también depende de la inclinación de la órbita binaria a la línea de visión. Afortunadamente, esto se puede limitar midiendo las amplitudes relativas de las dos posibles polarizaciones de ondas gravitatorias (+ y ×) y esto se puede hacer si tiene dos interferómetros con diferentes orientaciones de sus brazos (como LIGO y VIRGO, por ejemplo), que también ayuda a localizar la fuente GW en el cielo para buscar contrapartes electromagnéticas.

Existen métodos estadísticos para determinar H 0 sin tener que identificar una galaxia anfitriona. (Esencialmente, termina haciendo un promedio ponderado de todos los hosts posibles en el cuadro de error de localización).