Progress towards Gravitational Wave Astronomy
我将回顾引力波探测实验的最新和最有趣的结果，集中在LIGO科学合作组织（LSC）的最新结果。我将概述搜索中使用的方法，解释在无效结果的情况下可以说什么，可以限制什么数量。我将把这些结果与先前的预期进行比较，并讨论它们的意义。我将在接下来的讨论中概述未来改进的前景。
2008-03-03 gr-qc
Accelerating Multi-Model Bayesian Inference, Model Selection and Systematic Studies for Gravitational Wave Astronomy
利用引力波模型，通过贝叶斯推断，从观测到的引力波信号中推断并合双星中黑洞的性质。尽管我们可以获得大量足够准确的信号模型来推断黑洞的属性，但对于某些信号，模型中的微小差异会导致推断属性的系统差异。为了提供对黑洞性质的单一估计，最好对模型的不确定性进行边缘化。贝叶斯模型平均是一种常用的边缘化多个模型的技术，然而，它是计算昂贵的。一个优雅的解决方案是在联合贝叶斯分析中同时推断模型和模型属性。在这项工作中，我们证明了联合贝叶斯分析不仅可以加速，而且可以解释模型依赖的系统差异推断黑洞属性。我们通过分析100个随机选择的模拟信号和真实的引力波信号GW 200129_065458来验证这种技术。我们发现，我们不仅推断出统计上相同的属性，使用贝叶斯模型平均，但我们可以在一组三个模型平均$2.5\times$更快的采样。换句话说，对三个模型进行边缘化的联合贝叶斯分析平均只比单个模型分析多花费$20\%$时间。然后，我们证明，这种技术可以用来准确和有效地量化一个模型对另一个模型的支持，从而有助于贝叶斯模型选择。
2022-07-29 gr-qc
Gravitational wave astronomy: the definitive test for the "Einstein frame versus Jordan frame" controversy
引力波（GW）天文学在未来几年的潜在实现对科学界来说是一个巨大的挑战。通过提供大量的新信息，GWs将成为更好地理解宇宙和引力物理学的基石。在本文中，作者表明，GW天文学将允许解决一个迷人的引力问题，因为它将是著名的“爱因斯坦框架与约旦框架”的争议的决定性测试。事实上，我们表明，运动的测试质量，即分束器和反射镜的干涉仪的情况下，这是由于一个GW的标量分量，是不同的两个帧。因此，如果将实现一致的GW天文学，则标量GW的信号的最终检测将允许在两个帧之间进行区分。这样，来自观测的直接证据将最终解决著名的、历史悠久的“爱因斯坦框架与乔丹框架”之争。
2010-12-21 gr-qc
Lighthouses of Gravitational Wave Astronomy
能够进行天文观测的引力波探测器可能在明年内开始运行，在未来10年内，它们将把触角伸到宇宙学距离，最终实现空间任务LISA。这些观测站的主要目标将是双星系统，特别是那些在观测期间轨道可测量地收缩的双星系统。这些系统是标准的蜡烛，它们提供了测量宇宙学参数的独立方法。特别是LISA可以确定恒星形成开始的时代，并与望远镜一起进行电磁观测，以前所未有的精度测量红移为4或更高的哈勃流。
2001-11-28 gr-qc
A New Method of Accelerated Bayesian Inference for Comparable Mass Binaries in both Ground and Space-Based Gravitational Wave Astronomy
随着计算资源的进步，贝叶斯推断正日益成为GW天文学实践的标准工具。然而，诸如马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）的算法需要大量的迭代来保证收敛到目标密度。每个链需要大量的似然函数的评估，并且在Hessian MCMC的情况下，需要计算Fisher信息矩阵以用作建议分布。由于每次迭代都需要生成至少一个引力波形，因此我们很快就达到了当前贝叶斯算法的排除点，特别是对于波形长度很大且波形生成时间为秒级的低质量系统。这突然需要一个单一的MCMC的许多周的时间尺度。由于每个似然和Fisher信息矩阵计算需要评估噪声加权标量产品，我们证明了通过使用积分的线性，以及超过90%的生成时间花费在小于最大值三分之一的频率上的事实，我们可以构建复合积分，以3.5和5.5之间的因子加速可比质量二进制的MCMC，这取决于波形长度。该方法与源和探测器类型无关，并且可以应用于显示显著频率演化的任何波形，例如Advanced LIGO/Virgo的恒星质量双星，以及eLISA的超大质量黑洞
2014-11-03 gr-qc
Gravitational waves astronomy: the ultimate test for Einstein's General Relativity
众所周知，爱因斯坦的广义相对论（GR）取得了巨大的成功，并通过了大量的实验检验。另一方面，广义相对论也显示了一些缺点和缺陷，这些缺点和缺陷今天建议理论家们问它是否是引力的权威理论。在这篇评论中，我们表明，如果先进的项目检测的引力波（GWs）将提高其灵敏度，允许执行GWs天文学，如果爱因斯坦的GR是正确的和明确的引力理论的理解将是可能的。为了实现这一目标，必须使用各种重力理论（即GR和扩展重力理论）产生的重力波干涉仪的精确角度和频率相关响应函数。这篇评论是建立在2009年重力研究基金会奖的荣誉奖上的。
2010-04-08 gr-qc
Introduction to gravitational wave astronomy
本章概述了引力波（GW）天文学，为本手册中其他更专业的章节提供了背景材料。它首先简要回顾了GW天文学的发展历史，从1916年爱因斯坦对GW的预测到2015年的首次直接探测。它提出了爱因斯坦方程的闵可夫斯基时空的线性化扰动理论，并说明了规范变换如何将问题简化为具有两个自由度或偏振的标准波动方程$h_+,h_\times$。我们推导出四极公式，它涉及到远GW场的源区物质的运动。结果表明，GW携带能量，以及线和角动量，远离源。本文计算了一颗轨道圆双星的GW场，并计算了该双星的演化性质，包括螺旋速度和合并时间。简要回顾了现有的和拟议的GW探测器，以及如何估计源参数在LIGO或处女座数据的GW事件。讨论了GW观测对物理学、天体物理学和宇宙学的贡献。
2021-03-13 gr-qc
How photon astronomy affects searches for continuous gravitational waves
由于其计算的局限性，搜索连续的引力波（GW）时，观测光子天文学和理论天体物理学的通知显着更敏感。从光子天文学推断的GW发射的间接上限表明哪些物体对GW搜索更感兴趣，并且还设置了GW搜索需要击败的灵敏度里程碑，以被认为是GW天文学。如何解释GW结果取决于以前的间接限制和天体物理GW发射机制的理论。我描述了这些问题之间的相互作用的四种类型的连续GW搜索，并显示光子天文学家可以帮助GW天文学的不断增长的领域，现在和不久的将来。
2009-10-07 astro-ph.SR gr-qc
Gravitational-wave astronomy: the high-frequency window
这一贡献分为两部分。第一部分提供了一个教科书水平介绍引力辐射。介绍了讨论引力波物理所需的关键概念。特别是，四极公式适用于预期的“面包和黄油”的探测器，如LIGO，GEO600，EGO和TAMA 300的来源：吸气紧凑的二进制文件。第二部分简要回顾了高频引力波。在100 Hz以上的频率范围内，引力坍缩、旋转不稳定性和致密天体的振荡是产生引力波的潜在重要源。通过对引力波信号的仔细研究，可以获得关于坍缩的各个阶段、质子中子星的演化以及这类天体的核上状态方程的详细情况的重要和独特的信息。由于通过探测来自这些源的引力波能够研究的令人兴奋的物理量确实令人鼓舞，因此开发未来几代地面探测器的动机很强，这些探测器的灵敏度从数百Hz到几kHz。
2004-03-20 gr-qc
Multi-band gravitational-wave astronomy: parameter estimation and tests of general relativity with space and ground-based detectors
随着黑洞双星GW150914的发现，引力波天文学的时代已经开始。最近的研究表明，质量与GW 150914相当或更高的BBH在最终合并到地基探测器的波段之前几年将在eLISA波段中可见。这将允许合并前的电磁警报，大大增加了联合检测的机会，如果BBH确实在电磁波段发光。在本文中，我们探讨了一个完全不同的方面的多波段GW天文学，并验证是否，以及在何种程度上，测量质量和天空位置与eLISA可以改善参数估计和测试的广义相对论与地面探测器。我们生成一个目录的200 BBH，并发现有先验信息从eLISA可以减少源距离和主黑洞自旋的测量的不确定性高达2倍，在地基GW探测器。eLISA的分量估计不会被地面探测器精确化，而联合分析将产生新形成的黑洞的精确特征，并改善广义相对论的一致性测试。
2016-06-14 gr-qc
Gravitational Waves: A New Astronomy
当代天文学正在经历一场革命，这场革命也许比20世纪60年代射电天文学的出现以及随后对其他电磁波波段的观测开放天空所发生的革命更为重要。自2015年以来，LIGO/Virgo合作的引力波探测器观测到了大质量黑洞二元系统在大天文距离上碰撞和合并时发出的信号。这一重大发现开辟了新的引力波天文学的道路，与传统的基于电磁波的天文学截然不同。最近，在2017年，探测到由中子星双星系统的螺旋和合并发出的引力波，随后由$γ$和X卫星以及光学望远镜观测到电磁信号。多信使天文学将引力波和电磁波的信息结合在一起，这使得大量的发现成为可能。新引力天文学的另一个重要方面涉及基础物理学，包括广义相对论和引力的替代理论，以及宇宙学的标准模型。
2018-05-22 gr-qc physics.pop-ph
Gravitational Wave Astronomy
随着几个大尺度干涉仪开始在预测天体物理源的敏感度上获取数据，直接探测引力波可能迫在眉睫。这将为我们的宇宙打开引力波窗口，并将导致对可以想象到的最剧烈过程的更深入的理解;核心坍缩超新星之后黑洞和中子星的形成，以及双星螺旋结束时致密物体的合并。
2008-09-09 astro-ph gr-qc
New physics and astronomy with the new gravitational-wave observatories
灵敏度足以测量天体物理源辐射的引力波探测器正在迅速出现。到2010年年底，北美、欧洲和日本将有几个地面仪器，美欧联合天基天线LISA将接近轨道或进入最后调试阶段，为发射做准备。这些仪器的目标将是打开引力波天文学的领域：利用引力辐射作为天体物理学和宇宙的观测窗口。在这篇文章中，我们总结了目前正在开发的各种探测器的现状，以及未来的计划。我们还讨论了这些仪器的科学范围，概述了什么引力波天文学可能教我们关于宇宙。
2001-10-31 astro-ph gr-qc
Localization of binary mergers with gravitational-wave detectors of second and third generation
对双黑洞并合产生的引力波信号的观测，奠定了引力波天文学的基础。预计未来的引力波探测器网络将在探测天文学的各个方面具有巨大潜力。在不断改进现有探测器或在新的地点建立探测器时，一个重要的考虑因素是了解进行精密天文学所需的最低数量的探测器。我们试图回答这个问题，通过评估未来的探测器网络的能力，在检测和定位的二元中子星合并在天空中。这是一个重要的方面，因为良好的定位能力对于引力波天文学的许多科学目标至关重要，例如电磁跟踪，测量整个宇宙历史中致密双星的性质，以及宇宙学。我们发现，虽然两个探测器在提高灵敏度是足够的，以获得观察到的信号的数量大幅增加，至少有三个探测器的灵敏度相当，需要本地化的信号，通常在10度左右$^{2}$ --足够的后续与最宽的视野光学望远镜。
2017-08-02 gr-qc
A Thesaurus for Common Priors in Gravitational-Wave Astronomy
在引力波数据分析中，我们经常使用大量关于紧致双星质量、红移和自旋的非平凡先验概率。我们必须定期操作这些先验，在参数的变换基础上计算隐含的先验，或者从一个先验到另一个先验重新加权后验样本。在这里，我详细介绍了一些常见的操作，提出了一个表的雅可比矩阵转换先验之间的质量参数化，描述源和探测器帧先验之间的转换，并推导出解析表达式的先验的“有效自旋”参数定期调用引力波天文学。
2021-04-19 astro-ph.HE gr-qc
Ten years of gravitational-wave astronomy
本文回顾了人类首次直接探测引力波的个人经历，总结了过去十年间的科学发现，并对未来的引力波天文学发展进行了展望。
2025-09-17 astro-ph.HE gr-qc
Comment on: Detecting Vanishing Dimensions Via Primordial Gravitational Wave Astronomy
最近有人声称[arXiv：1102.3434]，在紫外线处维数减少的量子引力模型在原始引力波谱中表现出潜在的可观察截止，这是对这种模型的“通用”和“鲁棒”测试，因为“（2+1）维时空没有引力自由度”。我们认为这种说法是误导性的。
2011-04-07 gr-qc hep-th
Quasi-Normal Modes and Gravitational Wave Astronomy
根据最近引力波探测器的令人兴奋的发展，我们回顾了文献中关于致密星和黑洞的准正规模的主要结果。准正常模式是一个基本特征的引力信号发射的紧凑的物体在许多天体物理过程中，我们将表明，他们的本征频率编码有趣的信息的性质和内部结构的发射源，我们将讨论我们是否准备好了引力波asteroseismology。
2008-01-11 astro-ph gr-qc
Tests of Bayesian Model Selection Techniques for Gravitational Wave Astronomy
引力波资料的分析涉及到许多模型选择问题。最重要的例子是在仅与仪器噪声一致的数据或与仪器噪声和引力波信号一致的数据之间进行选择的检测问题。对地面引力波探测器数据的分析大多采用经典统计学方法进行，并采用Neyman-Pearson准则等方法进行模型选择。未来的空间探测器，如\emph{Laser Interferometer Space Antenna}（LISA），预计将产生丰富的数据流，包含来自数百万个源的信号。确定可解析的源的数量，以及每个源的最适当的描述构成了一个具有挑战性的模型选择问题，该问题可以在贝叶斯框架中得到最好的解决。LISA的一个重要来源是我们银河系中数百万个低质量双星系统，其中数万个是可以探测到的。不仅源的数量是未知的，而且建模波形所需的参数的数量也是未知的。例如，一个重要的可分辨星系双星的子集将显示轨道频率的演变，而一个较小的数字将有可测量的偏心率。在贝叶斯模型选择方法中，需要计算竞争模型之间的贝叶斯因子。在这里，我们将探讨各种方法来计算贝叶斯因子的背景下，确定银河双星可测量的频率演变。探索的方法包括反向跳马尔可夫链蒙特卡罗（RJMCMC）算法，萨维奇-迪基密度比，施瓦茨-贝叶斯信息准则（BIC），和拉普拉斯近似模型的证据。我们发现所有的方法之间的良好协议。
2007-11-08 gr-qc
A Bayesian approach to multi-messenger astronomy: Identification of gravitational-wave host galaxies
我们提出了一个总体框架，将天体物理信息纳入贝叶斯参数估计技术所使用的引力波数据分析，以促进多信使天文学。由于瞬态引力波事件的祖先，如紧凑的二元聚结，很可能与宿主星系，通过使用宿主星系信息的源天空位置估计的改进进行了探索。为了演示如何宿主星系的属性可以包括在内，我们模拟了人口的紧凑的二元聚结和显示，约8.5%的模拟与200 Mpc，前十名最有可能的星系占约50%的总概率主办的引力波源。真正的引力波源宿主星系在大约10%的时间里是十大候选星系之一。此外，我们表明，通过包括宿主星系的信息，一个紧凑的二元引力波源的倾角可以得到更好的估计。我们还证明了我们的方法的灵活性，将使用B或K波段到我们的分析。
2014-09-03 astro-ph.HE gr-qc
Bilby: A user-friendly Bayesian inference library for gravitational-wave astronomy
贝叶斯参数估计正迅速成为引力波天文学的语言。这是一种利用引力波数据来推断源的天体物理性质的方法。我们介绍了一个用户友好的贝叶斯推断库的引力波天文学，比尔比。这个python代码提供了专家级的参数估计基础设施，具有简单的语法和工具，便于初学者使用。它允许用户对LIGO/Virgo的真实、免费数据和模拟数据进行准确、可靠的引力波参数估计。我们提供了一套的例子来分析紧凑的双星合并和其他类型的信号模型，包括超新星和残留的双星中子星合并。这些例子说明了如何改变信号模型，如何实现新的似然函数，以及如何添加新的检测器。Bilby具有使用分层贝叶斯建模进行人口研究的额外功能。我们提供了一个例子，我们推断的形状的黑洞质量分布的观测二进制黑洞合并的合奏。
2018-11-05 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
A catalog of 174 binary black-hole simulations for gravitational-wave astronomy
本文提出了一个公开的目录174数值二进制黑洞模拟以下35个轨道。该目录包括91个进动双星，质量比高达8：1，轨道偏心率从百分之几到$10^{-5}$，黑洞自旋高达理论最大值的98%，辐射能量高达初始质量的11.1%。我们建立了两个新的进动模拟与后牛顿进动的轨道和自旋方向非常好的协议，我们讨论了这个目录的其他应用。仍然存在着巨大的挑战：例如，岁差使数值波形和近似分析波形的连接复杂化，并且参数空间的广大区域仍然未被探索。
2013-12-18 gr-qc
Listening to the Universe with Gravitational-Wave Astronomy
经过多年的规划、研究和开发，LIGO（激光干涉仪引力波天文台）探测器刚刚完成了首次科学运行。LIGO是全球引力波观测站网络的一员，其他成员在欧洲、日本，希望还有澳大利亚。低频空间引力波观测台计划正在迅速成熟：LISA，激光干涉仪空间天线，将于2011年左右发射。这些仪器的目标是开创{ \it引力波天文学}领域：利用引力波作为一种手段来倾听天体物理学中高度相对论性的动力学过程。这篇评论讨论了这一领域的前景，概述了为什么引力波值得追求，以及它们是什么独特的适合教我们关于天体物理现象。我们回顾了该领域的现状，包括理论和实验，然后强调了引力波科学的一些特别令人兴奋的方面（至少对作者来说）。
2002-11-03 astro-ph gr-qc
Machine Learning Applications in Gravitational Wave Astronomy
本文综述了机器学习在引力波天文学中的多种应用，包括神经网络加速代理模型计算、深度残差网络实现高灵敏度快速探测，以及神经网络加速替代引力理论中的中子星模型构建。
2024-01-15 astro-ph.HE gr-qc
Perfect porcupines: ideal networks for low frequency gravitational wave astronomy
完美豪猪是特殊配置的引力波探测器网络，在极限条件下，单个探测器和它们之间的距离相对于感兴趣的引力波长很短。它们具有美丽的特性，使它们成为理想的引力波望远镜。我会明确地介绍最重要的案例。对于单臂探测器网络（如“AGIS”\cite{Dimopoulos_et_al}），最小完美豪猪有6个探测器，沿着正二十面体的6个直径定向。对于双臂探测器网络（如等臂迈克耳孙干涉仪LIGO/VIRGO），最小的完美豪猪是某个5探测器配置。
2010-04-12 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Holes - Perspectives in Gravitational Wave Astronomy -
这是一篇关于原始黑洞（PBH）的评论文章，特别关注到目前为止还没有被霍金辐射蒸发的大质量黑洞（$\gtrsim 10^{15}{\rm g}$）。通过LIGO对引力波的探测，我们获得了一个全新的观测工具来寻找与电磁波互补的PBH。基于引力波天文学将在未来几十年内取得重大进展的观点，本文的目的是对PBH的广泛主题进行全面的综述。在讨论了PBH的形成以及导致PBH产生的几种暴胀模型之后，我们总结了各种现有和未来的观测限制。然后，我们介绍了PBH双星的形成，从PBH双星的引力波，利用引力波的PBH的各种观测测试的主题。
2018-01-16 astro-ph.CO gr-qc
Ground Based Gravitational Wave Astronomy in the Asian Region
目前的引力波探测器已经发现了一个令人惊讶的重恒星质量黑洞的人口，和一个更大的人口合并中子星。第一次观测已经导致了许多戏剧性的发现和在非常强的引力场中广义相对论的证实。引力波天文学的未来看起来一片光明，特别是如果能够实现具有更高灵敏度、更宽带宽和更好全球覆盖的额外探测器。第一批发现为设计用于在nHz、mHz和kHz频段进行探测的引力波探测器增添了动力。本文回顾了导致最近发现的长达一个世纪的斗争，并报告了未来探测器的设计和可能性。讨论了未来探测器在亚洲区域的好处，包括分析设在澳大利亚的探测器的好处。
2020-04-16 astro-ph.IM gr-qc
Physically motivated exploration of the extrinsic parameter space in ground-based gravitational-wave astronomy
有效的参数估计是引力波天文学的关键。在紧凑的二进制合并的情况下，高维参数空间需要有效的采样技术-如马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）。许多退化有效地降低了参数空间的维数，并且当已知时，可以使采样算法更有效地与特定问题的改进。我们提出了在本文中的一个简并涉及一个紧凑的二元聚结引力波信号的外部参数的分析描述，当数据从一个三探测器网络（如先进的LIGO/处女座）。我们使用这个新的公式来构建一个跳跃的建议，一个框架的通用采样器，以利用退化。我们显示了MCMC采样器的效率增益的引力波信号从一个紧凑的二进制合并的分析。
2014-02-01 astro-ph.IM gr-qc
The Discovery Potential of Space-Based Gravitational Wave Astronomy
在以前未探索的mHz引力带中运行的天基干涉仪具有巨大的发现潜力。如果历史是任何指南，一个新的光谱带的开放将导致发现全新的来源和现象。兆赫波段非常适合于探索早期宇宙中超越标准模型的过程，并且具有当前技术可以达到的灵敏度，奇异天体物理系统的发现空间是巨大的。
2019-04-03 astro-ph.HE gr-qc
Transdimensional inference for gravitational-wave astronomy with Bilby
本文为 Bilby 推出 tBilby 软件包，支持用现成嵌套采样和 MCMC 方法开展跨维度贝叶斯推断，并以 sine-Gaussian 小波拟合 GW150914 等示例验证其用途。
2025-01-07 gr-qc
Learning about compact binary merger: the interplay between numerical relativity and gravitational-wave astronomy
迄今为止，引力波的数据分析和数值模拟活动基本上是独立进行的。在这项工作中，我们研究如何从数值模拟得到的波形可以有效地用于数据分析的努力，从黑洞二进制搜索引力波。我们提出的措施，量化的准确性数值波形的目的数据分析和研究如何敏感的分析是错误的波形。我们估计，使用初始LIGO，需要~100个模板（和~10个不同质量比的模拟）来检测总质量在100 Msun < M < 400 Msun范围内的非旋转双黑洞的波。当然，还需要进行更多的模拟，以确认在数值演化中捕获了正确的物理过程。从这个角度来看，我们还讨论了数字波形提取中的系统误差的来源，并提供了模拟计算成本的数量级估计，可用于估计参数空间调查的成本。最后，我们讨论了什么样的信息，从不久的将来的数值模拟的紧凑的双星系统将是最有用的，以提高这种事件的可探测性与当代引力波探测器，并强调最终的引力波观测的解释数值模拟的作用。
2006-12-16 gr-qc
Gravitational Wave Astronomy: Delivering on the Promises
既然LIGO和Virgo已经开始有规律地探测到引力波事件，引力波天文学领域开始实现它的承诺。人们已经观测到了双黑洞和最近的双中子星，我们已经从中学到了很多东西。未来，随着灵敏度的提高，更多的探测器，以及像LISA这样不同频段的探测器，更有希望为我们的探索打开宇宙完全隐藏的一面。
2018-04-17 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Massively parallel Bayesian inference for transient gravitational-wave astronomy
了解瞬态引力波的性质及其来源在物理学和天文学中具有广泛的意义。贝叶斯推断是瞬态引力波天文学中天体物理测量的标准框架。通常，随机抽样算法用于估计描述实验数据的模型的参数空间上的后验概率分布。物理上最精确的模型通常伴随着大量的计算开销，这会使数据分析非常耗时，甚至可能是令人望而却步的。在某些情况下，高度专业化的优化可以缓解这些问题，尽管它们可能难以实现，并且难以推广到数据的任意模型。在这里，我们提出了一个准确的，灵活的和可扩展的天体物理推断方法：并行嵌套采样。推理的停机时间的减少几乎与在高性能计算集群上运行的并行进程的数量成线性关系。通过在高性能集群中利用数百或数千个CPU的池，可以减轻许多天体物理推断的大的壁时间，同时确保可以“开箱即用”地使用任何引力波信号模型，即，而无需额外的优化或近似。我们的方法将有助于LIGO-Virgo-KAGRA合作和更广泛的科学界对引力波进行天体物理分析。在开源引力波推断库$\texttt{pBilby}$（并行$\texttt{bilby}$）中提供了一个实现。
2020-04-27 astro-ph.IM gr-qc
Gaussian Processes for Glitch-robust Gravitational-wave Astronomy
干涉引力波天文台开创了天文学的新纪元。一个国际网络提供的丰富数据使人们能够详细分析黑洞周围的弯曲时空。到目前为止，已经观测到近100个信号，预计在未来十年内将有数千个信号，它们的人口特性使我们能够深入了解恒星演化和宇宙的膨胀。然而，检测器受到被称为“毛刺”的瞬态噪声伪影的困扰，这些噪声伪影污染了信号并使推断产生偏差。在迄今为止检测到的90个信号中，有18个受到干扰。这项可行性研究探索了一种使用高斯过程进行瞬态引力波数据分析的新方法，该方法模拟了故障产生机制的潜在物理学，而不是故障本身的明确实现。我们证明，如果高斯过程核函数可以充分模拟毛刺形态，我们可以恢复模拟信号的参数。此外，我们发现，在这项工作中使用的高斯过程内核非常适合建模的长时间毛刺，这是最具挑战性的现有毛刺缓解方法。最后，我们展示了如何时域性质，我们的方法，使一类新的时域测试的广义相对论，进行重新分析的灵感合并振铃测试的第一个观察到的二元黑洞合并。我们的调查表明，高斯过程作为替代传统框架的可行性，但尚未建立它们作为替代品。因此，我们最后展望了实现高斯过程方法的全部潜力所需的步骤。
2023-03-04 gr-qc
Cosmic Explorer: The U.S. Contribution to Gravitational-Wave Astronomy beyond LIGO
本白皮书描述了未来十年实现“宇宙探测器”所需的研究和开发，这是未来第三代探测器网络的美国节点，将能够观测和表征宇宙学红移的紧凑引力波。
2019-07-10 astro-ph.IM gr-qc
Testing Modified Gravity with Gravitational Wave Astronomy
引力波天文学的新兴领域有望在天体物理学、宇宙学和基础物理学领域提供革命性的发现。最令人兴奋的可能性之一是使用引力波观测来测试引力的替代理论。在这篇文章中，我们描述了如何使用未来的激光干涉仪空间天线的极端质量比吸气观测来测试一类特殊的理论：陈-西蒙斯修正引力。
2010-10-01 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Enhancing gravitational wave astronomy with galaxy catalogues
引力波和电磁波的联合观测是多信使天文学的重要研究方向，它将为天文学研究提供重要的理论基础。根据引力波观测对源天空位置的估计是不确定的，这意味着后续观测站必须扫描大部分天空，以寻找潜在的伴随信号。通过多信使观测三角形给出了GW-EM联合观测的一般框架。使用贝叶斯方法的多信使天文学，我们调查使用的星系目录和宿主星系的信息，以减少后续观测台必须扫描的天空区域，以及研究其用于提高倾角估计合并二进制紧凑对象。我们证明了我们的方法，使用模拟的中子星inspiral信号注入到模拟的先进探测器的噪声和估计注入信号的天空位置和倾斜角使用引力波星系目录。在这个案例研究中，排名前三的候选者分别有$72\%$、$15\%$和$8\%$作为宿主星系的后验概率。利用引力波-星系信息得到的中子星双星余弦倾角的标准差（0.001）远小于仅利用引力波后验样本得到的标准差（0.02）。
2014-06-09 astro-ph.HE gr-qc
When models fail: an introduction to posterior predictive checks and model misspecification in gravitational-wave astronomy
贝叶斯推断是引力波天文学中的一个强有力的工具。它使我们能够推导出合并致密天体双星的性质，并确定这些合并是如何根据质量，自旋和红移作为一个人口分布。随着越来越多地使用贝叶斯推断得出关键结果，对贝叶斯方法的审查也越来越多。在这篇综述中，我们讨论了\textit{model misspecification}的现象，其中贝叶斯推断得到的结果是误导的，因为在假设的模型（S）的缺陷。这些缺陷会妨碍我们对描述物理系统的真实参数的推断。它们还可能降低我们区分“最佳拟合”模型的能力：如果两个模型都明显不能很好地描述现实，那么说模型A优于模型B可能会产生误导。一般来说，模型失败有两种方式：未能充分描述数据（信号或噪声）的模型具有错误的可能性。人口模型--例如，设计来描述黑洞质量分布的模型--可能由于错误指定的先验而无法充分描述真实的人口。我们建议使用受引力波天文学启发的例子进行测试和检查，这对发现错误指定的模型很有用。我们包括同伴python笔记本来说明基本概念。
2022-03-08 astro-ph.IM gr-qc
Modeling non-stationary noise: applications in gravitational wave astronomy
eXtreme Gravity Institute, Department of Physics, Montana State University（蒙大拿州立大学极端引力研究所物理系）
研究引力波数据中测量噪声非平稳问题，引入通用框架，通过动态功率谱\(S(f,t)\)建模，构建噪声协方差矩阵的Gram因子模型，给出数据离散傅里叶和小波表示的闭式表达式并举例，推广了平稳功率谱。
2026-07-16 gr-qc
Gravitational Wave Physics and Astronomy in the nascent era
LIGO/Virgo合作探测到的引力波（GW）为物理学和天文学提供了多种可能性。我们确信，由于不断改进探测器的工作，包括对新加入的探测器KAGRA和计划中的探测器LIGO-India的期望，GW观测将在精度和数量上取得很大进展。在此，我们回顾了引力波物理和天文学的基本成果和前景。我们综述了引力波的代表源：双星黑洞，双星中子星和超新星的发展。我们还总结了引力波观测作为新物理探测器的作用。
2021-04-06 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave astronomy and cosmology
引力波对物质作用的首次直接观测最近由BICEP 2实验报道。正在安装先进的地面引力波探测器。它们很快就会投入使用，然后开始搜索高灵敏度的高频引力波，人们普遍预计，这种高灵敏度的引力波可以探测到恒星质量黑洞和中子星等致密天体。脉冲星定时阵列继续改善纳赫兹频率下引力波的边界，并可能在与地面探测器大致相同的时间尺度上探测到信号。天基干涉仪瞄准毫赫兹源的科学理由非常充分。引力波发现的十年即将开始。在2013年TAUP会议上的演讲中，我们将简要回顾引力波和引力波探测器的物理学，然后讨论这些测量在不久的将来进行宇宙学测量的前景。
2014-05-02 astro-ph.CO gr-qc
Astronomy and astrophysics with gravitational waves in the Advanced Detector Era
随着先进的引力波探测器在未来5年内投入使用，我们有望首次探测到来自天体物理源的引力波，并研究引力波本身的性质，作为广义相对论的检验。此外，这些引力波将是研究其天体物理源和源群的有力工具。它们携带的信息与从电磁或中微子观测中获得的信息非常互补，探测为电磁辐射提供动力的中心引力引擎。目前正在进行准备工作，以便能够利用低延迟搜索管道和快速天空定位，对瞬变源的引力波和电磁观测进行近乎同时的观测。我们将回顾利用先进探测器实现的引力波进行多信使天文学和天体物理学研究的许多机会，以及为快速和充分利用它们而正在进行的准备工作。
2012-03-12 astro-ph.HE gr-qc
Compact binary coalescences: gravitational-wave astronomy with ground-based detectors
本文综述了致密双星并合这一最主要引力波源的观测特征与分析方法，并回顾了LIGO、Virgo和KAGRA地面干涉仪网络自2015年以来取得的探测进展。
2024-09-03 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Spheres - Omni-directional multi-mode gravitational-wave antennas for the next generation
世界范围内的一些研究小组已经提出了建造一个用于引力波天文学的大质量（~ 40吨）球形天线的建议。在所有五个四极模式的总和，球体有一个方向无关的截面，允许全天空覆盖。球形探测器由于其多性质和增加的质量而具有更高的灵敏度，使其成为观测天文学的理想仪器。数值计算表明，来自合并中子星双星的引力波信号和室女星系团中快速旋转恒星的动力学不稳定性可以用具有近量子极限灵敏度的球形天线来分辨。
1996-08-26 gr-qc
Gravitational wave astronomy: astrophysical and cosmological inferences
本文综述了 LIGO-Virgo 前三轮观测的主要引力波源及其形成渠道，提出用环境介质吸积解释双黑洞自旋-质量比相关性，并介绍了脉冲星计时阵列搜寻纳赫兹随机引力波背景的最新进展。
2022-11-06 astro-ph.HE gr-qc
Accelerated Time-domain Analysis for Gravitational Wave Astronomy
International Centre for Theoretical Sciences - Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心 - 塔塔基础研究所）；Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics（大学间天文学与天体物理学中心）；Institute for Gravitation & the Cosmos, Department of Physics, Penn State University（宾夕法尼亚州立大学物理学院引力与宇宙研究中心）
本文提出了一种完整的时域引力波推断方法，利用结构化线性代数和硬件加速实现大规模似然评估，验证了该方法在引力波天文中的应用。
2026-04-10 astro-ph.IM gr-qc
Gravitational wave astronomy with radio galaxy surveys
在未来十年，新的天体物理仪器将提供第一个大规模的引力波和无线电源的地图。因此，现在是时候研究将它们结合起来的可能性，以提供新的和互补的方法来研究宇宙。使用适合于计划调查的模拟星表，有可能预测射电源和GW地图之间的互相关测量和随机引力波背景对星系地图的影响。引力波对宇宙大尺度结构的影响可以用来研究黑洞合并的起源、爱因斯坦广义相对论的有效性、暗能量模型以及引力波的随机背景。获得的结果表明，银河系GW互相关可以提供有用的信息，在不久的将来，而张量扰动对LSS的影响的检测将需要仪器的能力超出目前计划的下一代无线电阵列。尽管如此，任何来自星系巡天与GW地图相结合的信息都将有助于为新生的引力波天文学提供额外的信息。
2016-09-29 astro-ph.CO gr-qc
Bayesian parameter estimation using conditional variational autoencoders for gravitational-wave astronomy
University of Glasgow（格拉斯哥大学）
引力波（GW）探测现在是司空见惯的，随着全球GW探测器网络灵敏度的提高，我们每年将观测到$\mathcal{O}(100)$ s的瞬态GW事件。目前用于估计其源参数的方法采用最佳敏感但计算成本高的贝叶斯推断方法，其中典型的分析需要6小时至5天。对于双星中子星和中子星黑洞系统，预计在1秒至1分钟的时间尺度上会立即产生对应的电磁（EM）特征，目前用于提醒EM后续观察者的最快方法可以在$\mathcal{O}(1)$分钟内提供对有限范围的关键源参数的估计。在这里，我们表明，一个条件变分自动编码器预先训练的二进制黑洞信号可以返回贝叶斯后验概率估计。对于给定的先验参数空间，训练过程仅需要执行一次，并且所得的经训练的机器然后可以比现有技术更快地生成描述后验分布$\sim 6$数量级的样本。
2021-12-14 astro-ph.IM cs.LG gr-qc
Reply to the "Comment on: Detecting Vanishing Dimensions Via Primordial Gravitational Wave Astronomy"
评论：通过原始引力波天文学检测消失的维度”[arXiv：1104.1223]具有误导性，其前提是对《物理学评论快报》主要内容的误解。106，101101（2011）[arXiv：1102.3434]。评论中的主要主张--在某些不同于广义相对论（GR）的奇异理论中，甚至在低维空间中也可能存在局部自由度--是微不足道的。尽管如此，《评论》的作者们还是没有提出一个自洽的例子。然而，这一主张对我们的论文没有任何影响，我们在论文中明确表示，我们正在arXiv：1003.5914中定义的“消失”或“进化”维度的框架内工作。
2011-09-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Multimessenger astronomy
在本文中，我们提供了一个简短的概述的范围和强大的未来潜力的多信使方法的引力波天文学，寻求最佳结合引力波和电磁观测。我们强调了多信使方法用于探测引力波源的重要性，并描述了联合引力波和电磁观测可以提高源参数估计的一些方法，并更好地告知我们对源本身的理解-从而增强其作为天体物理学和宇宙学探测器的潜力。
2015-09-20 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Developing Tools for Multimessenger Gravitational Wave Astronomy
我们目前正在进行的工作，工艺开源的数值工具，将使电磁对应的重力波形的计算：{ \tt GiRaFFE}（广义相对论力-无力电动力学）代码。{ \tt GiRaFFE}在无力极限下数值求解广义相对论磁流体动力学方程组，模拟致密双星周围的磁层，以便（1）表征源与其周围磁层之间的非线性相互作用，以及（2）评估引力波的电磁对应物，包括准直喷流的产生。我们将该代码应用于各种配置的自旋黑洞沉浸在外部磁场中，为了测试我们的实施，并探讨强引力场，高自旋和磁场线之间的不对准的黑洞自旋，电磁输出和坡印亭喷流的准直的效果。我们将把我们的工作扩展到沉浸在外部磁场中的黑洞碰撞，这是在引力谱和电磁谱中进行重合探测的主要候选者。
2019-01-22 astro-ph.HE gr-qc
The Era of Gravitational Astronomy and Gravitational Field of Non-Rotating Single Point Particle in General Relativity
利用各种规范的径向坐标，我们给出了一个广义相对论（GR）的静态球对称时空的描述与一个巨大的点源和真空外的这个奇点。我们证明了在广义相对论中存在一个双参数的爱因斯坦方程的解族，该解族是物理上可区分的，并且描述了具有正的固有质量$M_0$和正的开普勒质量$M<M_0$的单个大质量点粒子的引力场.特别是，我们表明，广泛的希尔伯特形式的史瓦西解，它只依赖于开普勒质量$M$和描述黑洞（BH），不解决爱因斯坦方程与大量的点粒子应力-能量张量。提出了新的引力场法向坐标和新的物理规范类，从而实现了对广义相对论中点质量源的正确描述。我们还引入了点粒子的引力质量亏损，并确定了解对该质量亏损的依赖性。其结果可以描述为将牛顿势$φ_{\!{}_N}=-G_{\!{}_N}M/r$变换为修正的$φ_{\!{}_G}=-G_{\!{}_N}M/ \left(r+G_{\!{}_N} M/c^2\ln{{M_0}\over M}\right)$和相应的四区间修正。我们表明，适当的三维平坦空间，这两个潜力可以比较，是切空间以上的位置的大规模点源。此外，我们提出了由点质量创建的球对称静态时空的物理和几何上不同的类的不变特征。我们的研究结果是非常重要的非常紧凑的对象（ECO）的描述研究与可能的回声在引力波（GW）最近发现的LIGO/VIRGO合作。%
2019-11-11 gr-qc
Data analysis challenges in transient gravitational-wave astronomy
引力波是爱因斯坦的广义相对论预言的时空动力学的辐射解。世界范围内的一系列大规模和高灵敏度的干涉探测器不断仔细检查当地时空的几何形状，希望能探测到偏离，这将是来自遥远天体物理源的撞击引力波的信号。寻找隐藏在非平稳和非高斯仪器噪声中的罕见和微弱的引力波信号是一个特别具有挑战性的问题。我们将概述Virgo（欧洲）和LIGO（美国）迄今为止获得的数据分析技术和相关观测结果，以及这些探测器即将推出的高级版本所提供的前景。
2013-03-03 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Multimessenger Astronomy with Black Holes: Extreme mass ratio inspirals
本文概述了极端质量比旋近（EMRIs）的天体物理学与引力波辐射，涵盖其形成通道、动力学与引力辐射基础，以及对天体物理学和基础物理学的科学潜力。
2023-10-25 astro-ph.HE gr-qc
