Cosmologia na era do Telescópio Einstein: comparando métodos tradicionais e baseados em simulação para inferência populacional

A próxima geração de detectores de ondas gravitacionais, como o Telescópio Einstein, observará muito mais fusões de buracos negros binários do que as instalações atuais. A próxima geração de detectores de ondas gravitacionais, como o Telescópio Einstein (ET), observará muito mais fusões de buracos negros binários do que as instalações atuais.

A maioria destes eventos não terá uma contrapartida eletromagnética, também conhecida como eventos de sirene escura, mas ainda assim permitirão restrições cosmológicas em nível percentual. No entanto, a probabilidade tradicionalmente usada na Inferência Bayesiana Hierárquica (HBI) para análises em nível populacional torna-se computacionalmente proibitiva à medida que o tamanho dos catálogos de sirenes escuras e dos parâmetros populacionais aumentam.

Neste trabalho comparamos o HBI com a inferência baseada em simulação (SBI) como uma alternativa escalável para inferência de população cosmológica na era ET. Estudando um exemplo de prova de conceito de uma inferência simulada de ET, construímos um catálogo de eventos binários de buraco negro $O(10^4)$ e, em seguida, realizamos inferência sobre a constante de Hubble $H_0$ e a densidade de matéria $Ω_m$ em uma cosmologia plana $Λ$CDM.

Encontramos excelente concordância entre as duas abordagens, com o SBI reproduzindo os posteriores do HBI com alta precisão, ao mesmo tempo que exige muito menos computação, uma vez que o custo de simulação e treinamento é amortizado. Nossos resultados indicam que o SBI é uma ferramenta promissora e escalável para inferência populacional com detectores GW de terceira geração.

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