Forecasts for constraining Lorentz-violating damping of gravitational waves from compact binary inspirals

被引:5
作者
Zhang, Bo-Yang [1 ,2 ,3 ]
Zhu, Tao [2 ,3 ]
Zhang, Jing-Fei [1 ]
Zhang, Xin [1 ,4 ,5 ]
机构
[1] Northeastern Univ, Coll Sci, Key Lab Cosmol & Astrophys Liaoning, Shenyang 110819, Peoples R China
[2] Zhejiang Univ Technol, Inst Theoret Phys & Cosmol, Hangzhou 310032, Peoples R China
[3] Zhejiang Univ Technol, United Ctr Gravitat Wave Phys UCGWP, Hangzhou 310032, Peoples R China
[4] Northeastern Univ, Key Lab Data Analyt & Optimizat Smart Ind, Minist Educ, Shenyang 110819, Peoples R China
[5] Northeastern Univ, Natl Frontiers Sci Ctr Ind Intelligence & Syst Opt, Shenyang 110819, Peoples R China
基金
中国国家自然科学基金;
关键词
NEUTRON-STAR; DARK ENERGY; PARAMETER-ESTIMATION; STANDARD SIRENS; PROSPECTS; SPACE; VIRGO; LIGO;
D O I
10.1103/PhysRevD.109.104022
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
Violation of Lorentz symmetry can result in two distinct effects in the propagation of the gravitational waves (GWs). One is a modified dispersion relation and another is a frequency-dependent damping ofGWs. While the former has been extensively studied in the literature, in this paper we concentrate on the frequency-dependent damping effect that arises from several specific Lorentz-violating theories, such as spatial covariant gravities, Horava-Lifshitz gravities, etc. This Lorentz-violating damping effect changes the damping rate of GWs at different frequencies and leads to an amplitude correction to the GW waveform of compact binary inspiral systems. With this modified waveform, we then use the Fisher information matrix to investigate the prospects of constraining the Lorentz-violating damping effect with G W observations. We consider both ground-based and space-based GW detectors, including the advanced LIGO, Einstein Telescope, Cosmic Explorer (CE), Taiji, TianQin, and LISA. Our results indicate that the ground-based detectors in general give tighter constraints than those from the space-based detectors. Among the considered three ground-based detectors, CE can give the tightest constraints on the Lorentz-violating damping effect, which improves the current constraint from LIGO-Virgo-KAGRA events by about 8 times.
引用
收藏
页数:15
相关论文
共 109 条
[1]   GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150 M⊙ [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abraham, S. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Aloy, M. A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Anand, S. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S. V. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arene, M. ;
Arnaud, N. ;
Aronson, S. M. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aubin, F. ;
Aufmuth, P. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avendano, V. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Badaracco, F. ;
Bader, M. K. M. ;
Bae, S. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2020, 125 (10)
[2]   GW190425: Observation of a Compact Binary Coalescence with Total Mass ∼3.4 M⊙ [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abraham, S. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Aloy, M. A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Anand, S. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S. V. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arene, M. ;
Arnaud, N. ;
Aronson, S. M. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aubin, F. ;
Aufmuth, P. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avendano, V. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Badaracco, F. ;
Bader, M. K. M. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2020, 892 (01)
[3]   GWTC-1: A Gravitational-Wave Transient Catalog of Compact Binary Mergers Observed by LIGO and Virgo during the First and Second Observing Runs [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abraham, S. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Aloy, M. A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S., V ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arene, M. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aubin, F. ;
Aufmuth, P. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avendano, V ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Badaracco, F. ;
Bader, M. K. M. ;
Bae, S. ;
Baker, P. T. .
PHYSICAL REVIEW X, 2019, 9 (03)
[4]   Tests of General Relativity with GW170817 [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agarwal, B. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Aloy, M. A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S., V ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arene, M. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atallah, D., V ;
Aubin, F. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2019, 123 (01)
[5]   Gravitational Waves and Gamma-Rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Afrough, M. ;
Agarwal, B. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Aloy, M. A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S. V. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atallah, D. V. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2017, 848 (02)
[6]   GW170814: A Three-Detector Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Coalescence [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Afrough, M. ;
Agarwal, B. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S. V. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atallah, D. V. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 119 (14)
[7]   GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo during the Second Part of the Third Observing Run [J].
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adhikari, N. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agarwal, D. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Akcay, S. ;
Akutsu, T. ;
Albanesi, S. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Anand, C. ;
Anand, S. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Ando, M. ;
Andrade, T. ;
Andres, N. ;
Andric, T. ;
Angelova, S., V ;
Ansoldi, S. ;
Antelis, J. M. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, Koji ;
Arai, Koya ;
Arai, Y. ;
Araki, S. ;
Araya, A. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arene, M. ;
Aritomi, N. ;
Arnaud, N. ;
Arogeti, M. ;
Aronson, S. M. ;
Arun, K. G. .
PHYSICAL REVIEW X, 2023, 13 (04)
[8]   Open Data from the Third Observing Run of LIGO, Virgo, KAGRA, and GEO [J].
Abbott, R. ;
Abe, H. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adhicary, S. ;
Adhikari, N. ;
Adhikari, R. X. ;
Adkins, V. K. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agarwal, D. ;
Agathos, M. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Akutsu, T. ;
Albanesi, S. ;
Alfaidi, R. A. ;
Al-Jodah, A. ;
Allene, C. ;
Allocca, A. ;
Almualla, M. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Amez-Droz, L. ;
Amorosi, A. ;
Anand, S. ;
Ananyeva, A. ;
Andersen, R. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Andia, M. ;
Ando, M. ;
Andrade, T. ;
Andres, N. ;
Andres-Carcasona, M. ;
Andric, T. ;
Ansoldi, S. ;
Antelis, J. M. ;
Antier, S. ;
Aoumi, M. ;
Apostolatos, T. ;
Appavuravther, E. Z. ;
Appert, S. ;
Apple, S. K. ;
Arai, K. ;
Araya, A. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL SUPPLEMENT SERIES, 2023, 267 (02)
[9]   GWTC-2: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo during the First Half of the Third Observing Run [J].
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abraham, S. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, A. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Akcay, S. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Anand, S. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S., V ;
Ansoldi, S. ;
Antelis, J. M. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arene, M. ;
Arnaud, N. ;
Aronson, S. M. ;
Arun, K. G. ;
Asali, Y. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aubin, F. ;
Aufmuth, P. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avendano, V ;
Babak, S. ;
Badaracco, F. .
PHYSICAL REVIEW X, 2021, 11 (02)
[10]  
Abbott R, 2021, PHYSICAL REVIEW D, V103, DOI DOI 10.1103/PHYSREVD.103.122002