Inferência cosmológica com sirenes escuras de ondas gravitacionais e mapeamento de intensidade de 21 cm: previsões para LIGO-Virgo-KAGRA com MeerKAT e SKAO

Ondas gravitacionais e mapeamento de intensidade de 21 cm estão emergindo como sondas cosmológicas complementares: GWs fornecem medições diretas de distância-luminosidade, enquanto IM de hidrogênio neutro traça a distribuição de matéria no espaço de desvio para o vermelho.

Ondas gravitacionais (GWs) e mapeamento de intensidade de 21 cm (IM) estão emergindo como sondas cosmológicas complementares: GWs fornecem medições diretas de distância-luminosidade, enquanto IM de hidrogênio neutro (HI) traça a distribuição da matéria no espaço redshift. A sua sinergia oferece um caminho promissor para medições precisas da constante de Hubble.

Dentro de uma estrutura de sirene padrão, realizamos uma análise cosmológica e populacional conjunta usando $\mathcal{O}(150)$ simulações de detecções de GW com SNR > 12, conforme projetado para um ano de observações na sensibilidade LVK O5. Combinamos isso com mapas simulados de intensidade HI do MeerKLASS e SKA-Mid, e estudamos como as limitações observacionais nos dados GW e IM afetam as restrições $H_0$.

Descobrimos que a incerteza nas medições dos parâmetros GW é uma limitação dominante nas restrições cosmológicas. Negligenciando esta incerteza, a inclusão de informações de HI permite restrições subpercentuais em $H_0$.

Descobrimos também que os efeitos observacionais nos levantamentos de HI enfraquecem as restrições, embora permaneçam mais rígidos do que aqueles obtidos sem informação de HI (sirenes espectrais). Apesar de levar em conta as limitações observacionais do HI IM, a inclusão de informações do HI reduz a incerteza $H_0$ relativa aos resultados da sirene espectral em 61% para MeerKLASS e 53% para SKA-Mid.

Dado que os nossos resultados se baseiam numa única realização, devem ser interpretados à luz da possível variabilidade de realização para realização.

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