Microlensing of gravitational waves by dark matter structures

被引：21

作者：

Fairbairn, Malcolm ^{[1
]}

Urrutia, Juan ^{[2
,3
]}

Vaskonen, Ville ^{[2
,4
,5
]}

机构：

[1] Kings Coll London, Dept Phys, London WC2R 2LS, England

[2] NICPB, Ravala 10, Tallinn, Estonia

[3] Tallinn Univ Technol, Div Phys, Akad Tee 21, EE-12618 Tallinn, Estonia

[4] Univ Padua, Dipartimento Fis & Astron, Via Marzolo 8, I-35131 Padua, Italy

[5] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Padova, Via Marzolo 8, I-35131 Padua, Italy

来源：

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS | 2023年 / 07期

关键词：

gravitational lensing; dark matter theory; gravitational waves / theory; MASS BLACK-HOLE; EVOLUTION; HALOES; GALAXY;

D O I：

10.1088/1475-7516/2023/07/007

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Gravitational lensing of gravitational waves provides a potential new probe of dark matter structures. In this work, we consider the microlensing effect on gravitational wave signals from black hole binaries induced by low-mass dark matter halos that do not retain enough baryonic matter to hold stars. We clarify systematically when this microlensing effect is relevant and study in detail its detectability by future gravitational wave observatories. We consider lensing by cold dark matter halos and by solitonic cores that reside in fuzzy dark matter halos. Our results show that although the effect can be detectable at relatively large impact parameters, the probability of detecting such lensed events is low. In particular, we find that the expected number of events lensed by cold dark matter halos is O(0.01) per year for BBO and the expected number of events lensed by solitonic cores inside fuzzy dark matter halos is O(0.01) per year for ET. In the case that a significant fraction of dark matter consists of =O(100M(circle dot)) objects that are relatively compact, R<O(0.1pc), we show that the expected number of lensed events per year ET can be very large, 0(1000).

引用

页数：27

共 108 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] GW170817: Measurements of Neutron Star Radii and Equation of State [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, 2018, 121 (16)

[3] Search for intermediate mass black hole binaries in the first and second observing runs of the Advanced LIGO and Virgo network [J].

Abbott, B. P. ;

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. ;

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. .

PHYSICAL REVIEW D, 2019, 100 (06)

[4] Constraints on the Cosmic Expansion History from GWTC-3 [J].

Abbott, R. ;

Abe, H. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adhikari, N. ;

Adhikari, R. X. ;

Adkins, V. K. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agarwal, D. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Akutsu, T. ;

Albanesi, S. ;

Alfaidi, R. A. ;

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. ;

Andres-Carcasona, M. ;

Andric, T. ;

Angelova, S., V ;

Ansoldi, S. ;

Antelis, J. M. ;

Antier, S. ;

Apostolatos, T. ;

Appavuravther, E. Z. ;

Appert, S. ;

Apple, S. K. ;

Arai, K. ;

Araya, A. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Aritomi, N. ;

Arnaud, N. ;

Arogeti, M. ;

Aronson, S. M. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2023, 949 (02)

[5] Search for Lensing Signatures in the Gravitational-Wave Observations from the First Half of LIGO-Virgo's 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. ;

Agarwal, D. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Aleman, K. M. ;

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. ;

Ashton, G. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Aubin, F. ;

Aufmuth, P. ;

AultONeal, K. ;

Austin, C. ;

Babak, S. ;

Badaracco, F. ;

Bader, M. K. M. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2021, 923 (01)

[6] Upper limits on the isotropic gravitational-wave background from Advanced LIGO and Advanced Virgo's 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. ;

Agarwal, D. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

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. ;

Asada, H. ;

Asali, Y. ;

Ashton, G. ;

Aso, Y. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. .

PHYSICAL REVIEW D, 2021, 104 (02)

[7] Constraints on Cosmic Strings Using Data from the Third Advanced LIGO-Virgo 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. ;

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. ;

Asada, H. ;

Asali, Y. ;

Ashton, G. ;

Aso, Y. ;

Aston, S. M. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2021, 126 (24)

[8] Planck 2018 results: VI. Cosmological parameters [J].

Aghanim, N. ;

Akrami, Y. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Battye, R. ;

Benabed, K. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Carron, J. ;

Challinor, A. ;

Chiang, H. C. ;

Chluba, J. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Contreras, D. ;

Crill, B. P. ;

Cuttaia, F. ;

de Bernardis, P. ;

de Zotti, G. ;

Delabrouille, J. ;

Delouis, J. -M. ;

Di Valentino, E. ;

Diego, J. M. ;

Dore, O. ;

Douspis, M. ;

Ducout, A. ;

Dupac, X. ;

Dusini, S. ;

Efstathiou, G. ;

Elsner, F. ;

Ensslin, T. A. ;

Eriksen, H. K. ;

Fantaye, Y. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2020, 641

[9] Influence of gravitational lensing on sources of gravitational radiation [J].

Alexander, AF ;

Baryshev, YV .

CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2002, 19 (07) :1361-1366

[10]

Amaro-Seoane P, 2017, Arxiv, DOI arXiv:1702.00786

← 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 →