Abbott, R. et al. (2023) Constraints on the cosmic expansion history from GWTC–3. Astrophysical Journal, 949(2), 76. (doi: 10.3847/1538-4357/ac74bb)
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Text
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Abstract
We use 47 gravitational-wave sources from the Third LIGO-Virgo-KAGRA Gravitational-Wave Transient Catalog (GWTC-3) to estimate the Hubble parameter H(z), including its current value, the Hubble constant H_0. Each gravitational-wave (GW) signal provides the luminosity distance to the source and we estimate the corresponding redshift using two methods: the redshifted masses and a galaxy catalog. Using the binary black hole (BBH) redshifted masses, we simultaneously infer the source mass distribution and H(z). The source mass distribution displays a peak around 34\, {\rm M_\odot}, followed by a drop-off. Assuming this mass scale does not evolve with redshift results in a H(z) measurement, yielding H_0=68^{+13}_{-7} {\rm km\,s^{-1}\,Mpc^{-1}} (68\% credible interval) when combined with the H_0 measurement from GW170817 and its electromagnetic counterpart. This represents an improvement of 13% with respect to the H_0 estimate from GWTC-1. The second method associates each GW event with its probable host galaxy in the catalog GLADE+, statistically marginalizing over the redshifts of each event's potential hosts. Assuming a fixed BBH population, we estimate a value of H_0=68^{+8}_{-6} {\rm km\,s^{-1}\,Mpc^{-1}} with the galaxy catalog method, an improvement of 41% with respect to our GWTC-1 result and 20% with respect to recent H_0 studies using GWTC-2 events. However, we show that this result is strongly impacted by assumptions about the BBH source mass distribution; the only event which is not strongly impacted by such assumptions (and is thus informative about H_0) is the well-localized event GW190814.
| Item Type: | Articles |
|---|---|
| Additional Information: | This work was supported by MEXT, JSPS Leading-edge Research Infrastructure Program, JSPS Grant-in-Aid for Specially Promoted Research 26000005, JSPS Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas 2905: JP17H06358, JP17H06361, and JP17H06364, JSPS Core-to-Core Program A. Advanced Research Networks, JSPS Grant-in-Aid for Scientific Research (S) 17H06133 and 20H05639, JSPS Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A) 20A203: JP20H05854, the joint research program of the Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo, National Research Foundation (NRF) and Computing Infrastructure Project of KISTI-GSDC in Korea, Academia Sinica (AS), AS Grid Center (ASGC), and the Ministry of Science and Technology (MoST) in Taiwan under grants including AS-CDA-105-M06, Advanced Technology Center (ATC) of NAOJ, Mechanical Engineering Center of KEK. |
| Keywords: | Gravitational waves. |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes |
| Glasgow Author(s) Enlighten ID: | Grant, Mr Alastair and Spencer, Dr Andrew and Masso Reid, Ms Mariela and Williams, Dr Daniel and Barr, Dr Bryan and Alfaidi, Miss Reem and Oelker, Dr Eric and Smith, Ms Leigh and Veitch, Dr John and Linley, Mr Jethro and Heng, Professor Ik Siong and Dupej, Peter and Briggs, Mr Joseph and Webster, Dr Stephen and Hendry, Professor Martin and Rowan, Professor Sheila and Chapman-Bird, Christian and Tornasi, Zeno and Berry, Dr Christopher and Cunningham, Dr Liam and Gray, Dr Rachel and Datrier, Ms Laurence and McGhee, Mr Graeme and Hough, Professor James and Huttner, Dr Sabina and De Lillo, Nicola and Barton, Dr Mark and Messenger, Dr Christopher and Hayes, Dr Fergus and Hammond, Professor Giles and Cummings, Ms Rebecca and Wright, Mr Michael and Tait, Dr Simon and Stachurski, Mr Federico and Kinley-Hanlon, Miss Maya and Scott, Dr Jamie and Martin, Dr Iain and Lacaille, Mr Gregoire and Gabbard, Mr Hunter and Cumming, Dr Alan and Williams, Mr Michael and Woan, Professor Graham and Graham, Ms Victoria and Callaghan, Mr Jack and Bayley, Mr Joseph and Strain, Professor Kenneth and Jones, Mr Russell and Eddolls, Graeme and Haughian, Dr Karen and Murray, Dr Peter and Johnston, Ross |
| Authors: | 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., Andrés-Carcasona, M., Andrić, 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., Arène, M., Aritomi, N., Arnaud, N., Arogeti, M., Aronson, S. M., Arun, K. G., Asada, H., Asali, Y., Ashton, G., Aso, Y., Assiduo, M., de Souza Melo, S. A., Aston, S. M., Astone, P., Aubin, F., AultONeal, K., Austin, C., Babak, S., Badaracco, F., Bader, M. K. M., Badger, C., Bae, S., Bae, Y., Baer, A. 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A., Prokhorov, L., Prosposito, P., Prudenzi, L., Puecher, A., Punturo, M., Puosi, F., Puppo, P., Pürrer, M., Qi, H., Quartey, N., Quetschke, V., Quinonez, P. J., Quitzow-James, R., Raab, F. J., Raaijmakers, G., Radkins, H., Radulesco, N., Raffai, P., Rail, S. X., Raja, S., Rajan, C., Ramirez, K. E., Ramirez, T. D., Ramos-Buades, A., Rana, J., Rapagnani, P., Ray, A., Raymond, V., Raza, N., Razzano, M., Read, J., Rees, L. A., Regimbau, T., Rei, L., Reid, S., Reid, S. W., Reitze, D. H., Relton, P., Renzini, A., Rettegno, P., Revenu, B., Reza, A., Rezac, M., Ricci, F., Richards, D., Richardson, J. W., Richardson, L., Riemenschneider, G., Riles, K., Rinaldi, S., Rink, K., Robertson, N. A., Robie, R., Robinet, F., Rocchi, A., Rodriguez, S., Rolland, L., Rollins, J. G., Romanelli, M., Romano, R., Romel, C. L., Romero, A., Romero-Shaw, I. M., Romie, J. H., Ronchini, S., Rosa, L., Rose, C. A., Rosińska, D., Ross, M. P., Rowan, S., Rowlinson, S. J., Roy, S., Roy, S., Roy, S., Rozza, D., Ruggi, P., Ruiz-Rocha, K., Ryan, K., Sachdev, S., Sadecki, T., Sadiq, J., Saha, S., Saito, Y., Sakai, K., Sakellariadou, M., Sakon, S., Salafia, O. S., Salces-Carcoba, F., Salconi, L., Saleem, M., Salemi, F., Samajdar, A., Sanchez, E. J., Sanchez, J. H., Sanchez, L. E., Sanchis-Gual, N., Sanders, J. R., Sanuy, A., Saravanan, T. R., Sarin, N., Sassolas, B., Satari, H., Sathyaprakash, B. S., Sauter, O., Savage, R. L., Savant, V., Sawada, T., Sawant, H. L., Sayah, S., Schaetzl, D., Scheel, M., Scheuer, J., Schiworski, M. G., Schmidt, P., Schmidt, S., Schnabel, R., Schneewind, M., Schofield, R. M. S., Schönbeck, A., Schulte, B. W., Schutz, B. F., Schwartz, E., Scott, J., Scott, S. M., Seglar-Arroyo, M., Sekiguchi, Y., Sellers, D., Sengupta, A. S., Sentenac, D., Seo, E. G., Sequino, V., Sergeev, A., Setyawati, Y., Shaffer, T., Shahriar, M. S., Shaikh, M. A., Shams, B., Shao, L., Sharma, A., Sharma, P., Shawhan, P., Shcheblanov, N. 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Z., Sun, L., Sunil, S., Sur, A., Suresh, J., Sutton, P. J., Suzuki, T., Suzuki, T., Suzuki, T., Swinkels, B. L., Szczepańczyk, M. J., Szewczyk, P., Tacca, M., Tagoshi, H., Tait, S.C., Takahashi, H., Takahashi, R., Takano, S., Takeda, H., Takeda, M., Talbot, C. J., Talbot, C., Tamanini, N., Tanaka, K., Tanaka, T., Tanaka, T., Tanasijczuk, A. J., Tanioka, S., Tanner, D. B., Tao, D., Tao, L., Tapia, R. D., Tapia San Martín, E. N., Taranto, C., Taruya, A., Tasson, J. D., Tenorio, R., Terhune, J. E. S., Terkowski, L., Thirugnanasambandam, M. P., Thomas, M., Thomas, P., Thompson, E. E., Thompson, J. E., Thondapu, S. R., Thorne, K. A., Thrane, E., Tiwari, S., Tiwari, S., Tiwari, V., Toivonen, A. M., Tolley, A. E., Tomaru, T., Tomura, T., Tonelli, M., Tornasi, Z., Torres-Forné, A., Torrie, C. I., e Melo, I. T., Töyrä, D., Trapananti, A., Travasso, F., Traylor, G., Trevor, M., Tringali, M. C., Tripathee, A., Troiano, L., Trovato, A., Trozzo, L., Trudeau, R. J., Tsai, D., Tsang, K. 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B., Ying, M., Yokoyama, J., Yokozawa, T., Yoo, J., Yoshioka, T., Yu, H., Yu, H., Yuzurihara, H., Zadrożny, A., Zanolin, M., Zeidler, S., Zelenova, T., Zendri, J.-P., Zevin, M., Zhan, M., Zhang, H., Zhang, J., Zhang, L., Zhang, R., Zhang, T., Zhang, Y., Zhao, C., Zhao, G., Zhao, Y., Zhao, Y., Zhou, R., Zhou, Z., Zhu, X. J., Zhu, Z.-H., Zimmerman, A. B., Zucker, M. E., and Zweizig, J. |
| Subjects: | Q Science > QB Astronomy Q Science > QC Physics |
| College/School: | College of Science and Engineering College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy University Services > Student and Academic Services > Academic Services |
| Research Centre: | College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy > Institute for Gravitational Research |
| Journal Name: | Astrophysical Journal |
| Publisher: | IOP Publishing |
| ISSN: | 0004-637X |
| ISSN (Online): | 1538-4357 |
| Published Online: | 07 June 2023 |
| Copyright Holders: | Copyright © 2023 The Authors |
| First Published: | First published in Astrophysical Journal 949(2):76 |
| Publisher Policy: | Reproduced under a Creative Commons License |
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