Constraining dark-sector effects using gravitational waves from compact binary inspirals

被引:0
作者
Owen, Caroline B. [1 ,2 ,3 ,4 ]
Tucker, Alexandria [1 ,2 ]
Kahn, Yonatan [1 ,2 ,5 ]
Yunes, Nicolas [1 ,2 ]
机构
[1] Univ Illinois, Illinois Ctr Adv Studies Universe, Urbana, IL 61801 USA
[2] Univ Illinois, Dept Phys, Urbana, IL 61801 USA
[3] Univ Milano Bicocca, Dipartimento Fis G Occhialini, Piazza Sci 3, I-20126 Milan, Italy
[4] INFN, Sez Milano Bicocca, Piazza Sci 3, I-20126 Milan, Italy
[5] Univ Toronto, Dept Phys, Toronto, ON M5S 1A7, Canada
关键词
BAYESIAN-INFERENCE; MATTER; RADIATION; VIRGO; BILBY; LIGO;
D O I
10.1103/jpjd-4b1n
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
Gravitational wave observations are a powerful tool to constrain fundamental physics. This work considers dark matter that carries charge under a dark Abelian massive vector field. If such dark matter is bound inside coalescing neutron stars, the presence of the new force will modify the total energy of the binary, and the emission of dark radiation modes will impact the rate of inspiral. At leading order, the dark matter corrections introduce a Yukawa term to the potential energy and a dipole radiation mode. We calculate modifications to the binary inspiral waveform to first post-Newtonian order, incorporate these corrections into a state-of-the-art waveform model for neutron star binaries, and use this model in a Bayesian parameter estimation analysis on real data collected by current, second-generation ground-based detectors. Through this study, we place the first robust constraints on the Yukawa interaction strength and dipole emission parameter. We find that the strongest constraints are obtained from analysis of the GW170817 event, for which the Yukawa interaction strength is constrained to be less than O(10-2) and the dipole emission parameter is less than O(10-4) at 90% credibility.
引用
收藏
页数:33
相关论文
共 73 条
[1]   Advanced LIGO [J].
Aasi, J. ;
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. ;
Abernathy, M. R. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. ;
Affeldt, C. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Alemic, A. ;
Allen, B. ;
Amariutei, D. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Arceneaux, C. ;
Areeda, J. S. ;
Ashton, G. ;
Ast, S. ;
Aston, S. M. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Aylott, B. E. ;
Babak, S. ;
Baker, P. T. ;
Ballmer, S. W. ;
Barayoga, J. C. ;
Barbet, M. ;
Barclay, S. ;
Barish, B. C. ;
Barker, D. ;
Barr, B. ;
Barsotti, L. ;
Bartlett, J. ;
Barton, M. A. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Batch, J. C. ;
Baune, C. ;
Behnke, B. ;
Bell, A. S. ;
Bell, C. .
CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2015, 32 (07)
[2]   Prospects for observing and localizing gravitational-wave transients with Advanced LIGO, Advanced Virgo and KAGRA [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abraham, S. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Akutsu, T. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Aloy, M. A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Ando, M. ;
Angelova, S. V. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Arai, Koya ;
Arai, Y. ;
Araki, S. ;
Araya, A. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arene, M. ;
Aritomi, N. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Aso, Y. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aubin, F. ;
Aufmuth, P. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avendano, V. .
LIVING REVIEWS IN RELATIVITY, 2020, 23 (01)
[3]   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)
[4]   Properties of the Binary Neutron Star Merger 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 X, 2019, 9 (01)
[5]   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)
[6]   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)
[7]   Observation of Gravitational Waves from Two Neutron Star-Black Hole Coalescences [J].
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abraham, S. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, A. ;
Adams, C. ;
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. ;
Akutsu, T. ;
Aleman, K. M. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Anand, S. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Ando, M. ;
Angelova, S., V ;
Ansoldi, S. ;
Antelis, J. M. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, Koya ;
Arai, Koji ;
Arai, Y. ;
Araki, S. ;
Araya, A. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arene, M. ;
Aritomi, N. ;
Arnaud, N. ;
Aronson, S. M. ;
Arun, K. G. ;
Asada, H. ;
Asali, Y. ;
Ashton, G. ;
Aso, Y. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2021, 915 (01)
[8]   Open data from the first and second observing runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo [J].
Abbott, Rich ;
Abbott, Thomas D. ;
Abraham, Sheelu ;
Acernese, Fausto ;
Ackley, Kendall ;
Adams, Carl ;
Adhikari, Rana X. ;
Adya, Vaishali B. ;
Affeldt, Christoph ;
Agathos, Michalis ;
Agatsuma, Kazuhiro ;
Aggarwal, Nancy ;
Aguiar, Odylio D. ;
Aich, Amit ;
Aiello, Lorenzo ;
Ain, Anirban ;
Parameswaran, Ajith ;
Allen, Gabrielle ;
Allocca, Annalisa ;
Altin, Paul A. ;
Amato, Alex ;
Anand, Shreya ;
Ananyeva, Alena ;
Anderson, Stuart B. ;
Anderson, Warren G. ;
Angelova, Svetoslava, V ;
Ansoldi, Stefano ;
Antier, Sarah ;
Appert, Stephen ;
Arai, Koji ;
Araya, Melody C. ;
Areeda, Joseph S. ;
Arene, Marc ;
Arnaud, Nicolas ;
Aronson, Scott M. ;
Arun, Kg G. ;
Ascenzi, Stefano ;
Ashton, Gregory ;
Aston, Stuart M. ;
Astone, Pia ;
Aubin, Florian ;
Aufmuth, Peter ;
AultONeal, Kellie ;
Austin, Corey ;
Avendano, Valerie ;
Babak, Stanislav ;
Bacon, Philippe ;
Badaracco, Francesca ;
Bader, Maria K. M. ;
Bae, Sangwook .
SOFTWAREX, 2021, 13
[9]   Advanced Virgo: a second-generation interferometric gravitational wave detector [J].
Acernese, F. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aisa, D. ;
Allemandou, N. ;
Allocca, A. ;
Amarni, J. ;
Astone, P. ;
Balestri, G. ;
Ballardin, G. ;
Barone, F. ;
Baronick, J-P ;
Barsuglia, M. ;
Basti, A. ;
Basti, F. ;
Bauer, Th S. ;
Bavigadda, V. ;
Bejger, M. ;
Beker, M. G. ;
Belczynski, C. ;
Bersanetti, D. ;
Bertolini, A. ;
Bitossi, M. ;
Bizouard, M. A. ;
Bloemen, S. ;
Blom, M. ;
Boer, M. ;
Bogaert, G. ;
Bondi, D. ;
Bondu, F. ;
Bonelli, L. ;
Bonnand, R. ;
Boschi, V. ;
Bosi, L. ;
Bouedo, T. ;
Bradaschia, C. ;
Branchesi, M. ;
Briant, T. ;
Brillet, A. ;
Brisson, V. ;
Bulik, T. ;
Bulten, H. J. ;
Buskulic, D. ;
Buy, C. ;
Cagnoli, G. ;
Calloni, E. ;
Campeggi, C. ;
Canuel, B. ;
Carbognani, F. ;
Cavalier, F. .
CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2015, 32 (02)
[10]   Equation of state of nucleon matter and neutron star structure [J].
Akmal, A ;
Pandharipande, VR ;
Ravenhall, DG .
PHYSICAL REVIEW C, 1998, 58 (03) :1804-1828