Detecting Baryon Acoustic Oscillations with third generation gravitational wave observatories
我们探讨了利用第三代（3G）引力波（GW）探测器（如宇宙探测器和爱因斯坦望远镜）仅从中子星合并的引力波观测中探测重子声学振荡（BAO）的可能性。这些测量将为宇宙学提供一个新的独立探测器。用当前一代的GW探测器（仅从GW观测）检测BAO峰值是不可能的，因为i）与星系不同，GW合并的局部性很差，ii）没有足够的合并事件来探测BAO长度尺度。利用3G GW探测器网络，有可能观测到每年发生的$\sim \mathcal{O}(1000)$中子星合并，这些双星合并的位置在天空中的一平方度范围内，其红移值为$z \leq 0.3$。我们表明，3G天文台将能够精确测量大规模两点关联函数中的BAO特征; BAO的影响可以在不同的红移下独立检测，其中$\sim$ 23、17或3的对数证据比分别有利于BAO峰在红移0.2、0.25或0.3处的模型，使用对应于厚度为$150 h^{-1}$ Mpc的壳的红移仓。
2022-06-08 astro-ph.CO gr-qc
Charge Management for Gravitational Wave Observatories using UV LEDs
引力波观测站（如空间LISA任务和地面LIGO探测器）端镜上电荷的积累可能成为噪声源，通过与附近表面的电子耦合限制此类探测器的灵敏度。扭秤对微小力的灵敏度很高，是测试引力波技术的理想工具。我们的扭摆装置包括一个可移动的Au-涂层的Cu板附近的Au-涂层的Si板摆悬挂在一个不导电的石英纤维。位于摆锤附近的UV LED从表面光致发射电子，并且UV LED驱动的电子枪将光电子导向摆锤表面。我们已经证明了充电和放电的钟摆与$\sim$ $10^5 e/\mathrm{s}$的等效充电率，以及光谱测量的钟摆电荷产生相当于$3\times10^5 e/\sqrt{Hz}$的白噪声水平。
2009-12-09 gr-qc
Precision constraints on the neutron star equation of state with third-generation gravitational-wave observatories
International Centre for Radio Astronomy Research, University of Western Australia（西澳大利亚大学国际射电天文研究中心）；OzGrav: The ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery（ARC引力波发现卓越中心）；School of Physics and Astronomy, Monash University（蒙纳士大学物理与天文学院）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）
利用第三代引力波观测站，通过模拟双中子星并合观测，对中子星半径约束达到约200米，比现有约束提升十倍。
2024-01-05 astro-ph.HE gr-qc
Bayesian inference for gravitational waves from binary neutron star mergers in third-generation observatories
第三代（3G）引力波探测器将以前所未有的精确度观测数千颗合并的中子星双星。由于高信噪比和长持续时间的信号，从这些信号中提取最高精度的科学预计是具有挑战性的。我们证明，目前的贝叶斯推断范例可以扩展到二进制中子星信号的分析，而不会打破计算银行。我们构建了降阶模型的$\sim 90\,\mathrm{minute}$长引力波信号，覆盖观测波段（$5-2048\,\mathrm{Hz}$），加快了推理的一个因素相比，没有降阶模型的计算时间$\sim 1.3\times 10^4$。降阶模型包括关键的物理，包括潮汐变形，振幅调制由于地球的旋转，和自旋引起的轨道进动的影响。我们展示了降阶建模如何加速对包含多个重叠引力波信号的数据的推断，并将加速确定为重叠信号数量的函数。因此，我们得出结论，贝叶斯推断是计算上易于处理的长寿，重叠，高信号噪声比的事件存在于3G观测站。
2021-08-23 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Review of the Advanced LIGO gravitational wave observatories leading to observing run four
来自双黑洞和中子星合并的引力波正被定期探测到。截至2021年，LIGO和Virgo探测器已经进行了90次有把握的引力波探测。目前正在进行工作，以进一步提高第四次观测运行的探测器的灵敏度，包括安装一些A+升级，旨在降低限制引力波灵敏度的基本噪声。在这篇综述中，我们将概述LIGO探测器的工作原理，包括它们的光学配置和锁定获取过程，讨论探测器的基本和技术噪声限制，并与当前测量的灵敏度进行比较，并回顾目前正在安装在探测器中的A+升级。
2022-02-02 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Detecting Stellar Lensing of Gravitational Waves with Ground-Based Observatories
我们研究了地面引力波观测站探测恒星质量透镜引起的引力波透镜事件的能力。我们表明，LIGO和处女座拥有所需的灵敏度，以检测透镜的质量小到$\sim 30 M_\odot$提供的引力波观测的信噪比为$\sim30$。第三代天文台将允许探测质量为$\sim 1 M_\odot$的引力波透镜。最后，我们讨论了多星透镜效应的可能性，就像引力辐射穿过星系核或密集星团的情况一样。
2018-11-06 astro-ph.HE gr-qc
Brownian force noise from molecular collisions and the sensitivity of advanced gravitational wave observatories
我们提出了一个分析布朗力噪声作为一个基本的灵敏度限制在小力实验中的参考测试质量的残余气体阻尼。当测试质量到周围实验装置的距离小于测试质量本身的尺寸时，所产生的加速度噪声显著增加。对于高级LIGO干涉引力波观测台，其中相关的测试质量是悬挂的340 mm直径的圆柱形端镜，通过在5 mm的标称间隔处存在类似形状的反应质量，力噪声功率增加了大约40倍。对于残余H $_2$气体的$2 \times 10^{-6}$ Pa，力噪声为20 fN \rthz，在10和30 Hz之间，量子光学波动作为主要的噪声源。在这里，我们提出了一个数值和分析分析的气体阻尼力噪声先进LIGO，从最近的几次测量实验证据的支持。最后，我们讨论了残余气体阻尼对引力波灵敏度的影响以及可能的缓解策略。
2011-09-30 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Advanced quantum techniques for future gravitational-wave detectors
光的量子涨落限制了先进的激光干涉引力波探测器的灵敏度。这是迈向下一代引力波观测站的主要障碍之一。探测器灵敏度的预期显著提高需要使用量子非破坏测量和反作用规避技术，这使我们能够规避海森堡不确定原理施加的灵敏度限制。在我们之前的综述文章：“引力波探测器中的量子测量理论”[Living Rev. Relativity 15，5（2012）]中，我们阐述了量子测量理论的基本原理，并提供了分析干涉仪量子噪声的框架。本文的范围是回顾近年来提出的量子噪声抑制的新技术，并把它们放在同一个框架。我们的干涉测量方案和拓扑结构的描绘是为了在选择下一代引力波天文台的设计过程中的援助。
2019-03-12 gr-qc
Luminosity distance uncertainties from gravitational wave detections by third generation observatories
ICTP South American Institute for Fundamental Research（国际理论物理中心南美基础研究所）
该研究针对第三代地面引力波探测器网络，分析三角形和L形拓扑及探测器朝向对光度距离测量不确定性的影响，发现合理排列网络可大幅降低不确定性至透镜效应极限，且倾角分布先验知识对精度恢复至关重要。
2023-08-11 astro-ph.IM gr-qc
Optical sensitivities of current gravitational wave observatories at higher kHz, MHz and GHz frequencies
本文计算了现有引力波天文台在kHz、MHz和GHz频段由光子散粒噪声主导的高频灵敏度，揭示其频率梳特性，为新型高频引力波探测器提供对比基准。
2024-09-04 astro-ph.IM gr-qc hep-ex
Coherent feedback for quantum expander in gravitational wave observatories
针对引力波高频信号易被激光量子噪声掩盖的问题，研究提出带相干反馈的量子扩展器探测器设计，可提升NEMO的高频灵敏度与约15%的探测率，带来设计灵活性更高。
2024-03-06 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Probing (sub-)solar-mass black holes and superspinars with current and next-generation gravitational-wave observatories
Manipal Academy of Higher Education（曼加洛尔高等教育学院）；University of Birmingham（伯明翰大学）；University of Tokyo（东京大学）
本文研究了当前和下一代引力波天文台探测包含（次）太阳质量黑洞和超旋星的双星系统的能力，利用频率域后牛顿近似激励波形模型TaylorF2，通过内最稳定圆轨道截断信号，评估了这些系统的可观测性，结果显示下一代天文台能显著提高检测能力和参数估计精度。
2026-05-18 astro-ph.HE gr-qc
Handling Data Gaps for the Next Generation of Gravitational-Wave Observatories
Montana State University（蒙大拿州立大学）
本文提出一种高效处理数据缺口的时频域贝叶斯数据增强方法，有效缓解频域分析中的谱泄漏问题，并适用于LISA和未来3G地面干涉仪。
2026-04-30 gr-qc
The Critical Role of LIGO-India in the Era of Next-Generation Observatories
本研究分析LIGO-India在下一代引力波观测站时代的作用，发现其以A♯灵敏度运行时可替代一台CE探测器实现相近的定位与预警性能，但臂长和灵敏度带宽限制了其部分深空科学探测能力。
2025-05-01 gr-qc
Sensitivity Achieved by the LIGO and Virgo Gravitational Wave Detectors during LIGO's Sixth and Virgo's Second and Third Science Runs
我们总结了LIGO和Virgo引力波探测器在LIGO第六次科学运行以及Virgo第二次和第三次科学运行期间对低质量致密二元并合（CBC）搜索所实现的灵敏度。我们提出了应变噪声功率谱密度（PSD），这是典型的性能，在这些科学运行的探测器实现。此处提供的数据以及随附的网络可访问数据文件旨在向公众发布，作为S6和VSR 2 -3期间低质量CBC搜索的探测器性能总结。
2012-03-15 gr-qc
Modelling noise in gravitational-wave observatories with transdimensional models
引入跨维贝叶斯方法结合Bilby软件建模引力波天文台噪声，显著改善LIGO和Virgo噪声拟合，并应用于第三引力波瞬变星表事件推断，发现参数可信区间边界有高达7%的偏移。
2025-03-07 astro-ph.IM gr-qc
Three observational differences for binary black holes detections with second and third generation gravitational-wave detectors
先进的引力波天文台，如LIGO和Virgo，将在未来几年内探测到数百个由双黑洞发射的引力波。检测到的源的集合预期具有某些属性。预计会有一个选择偏向，朝向更高质量的系统，大多数事件的角动量将指向或远离地球，安静的事件将比大声的事件多得多。在本文中，我们将展示所有这些假设只适用于现有的检测器，并没有任何普遍性。使用拟议的第三代引力波探测器的网络，我们展示了这些假设必须如何进行修改，我们讨论了几个后果的源的特性。
2016-11-08 gr-qc
The impact of confusion noise on golden binary neutron-star events in next-generation terrestrial observatories
下一代地面引力波观测站每年将探测到来自致密双星聚结的$\mathcal{O}(10^{5})$信号。这些信号可以在探测器的灵敏度波段内持续数小时，并且它们将受到多个未分辨源的影响，这些未分辨源在数据中造成混淆噪声背景。使用信息矩阵的形式主义，我们估计的混淆噪声功率谱密度的影响，在扩大的参数估计的GW170817类似的事件。如果我们的估计的混淆噪声功率谱密度被忽略，我们发现，质量，自旋和距离是有偏见的，在我们的模拟在现实的情况下，约有一半。天空定位虽然仍然精确，但在我们的模拟中，可能会有多达$80\%$的偏差，这可能会在后续搜索电磁对应物时造成问题。
2022-09-27 astro-ph.HE gr-qc
A Xylophone Configuration for a third Generation Gravitational Wave Detector
实现第三代引力波（GW）观测站所设想的苛刻的灵敏度和带宽，对于单个宽带干涉仪来说极具挑战性。需要非常高的光功率（兆瓦）来减少高频下的量子噪声贡献，而干涉仪反射镜必须被冷却到低温温度以减少低频下的热噪声源。为了解决这种潜在的冲突，高的热负荷的低温试验群众，我们提出了一个概念设计的第三代GW天文台，由一个高功率，高频干涉仪和低温低功率，低频仪器的2波段木琴配置。具有inspiral范围为3200 Mpc和38000 Mpc的二元中子星和二元黑洞合并，分别，我们发现，木琴配置的潜在灵敏度可以显着更广泛和更好的比可能在一个单一的宽带干涉仪。
2009-07-15 gr-qc
Neutron star-black hole mergers in next generation gravitational-wave observatories
本研究针对下一代引力波探测器与天文台，评估其对中子星-黑洞并合的探测测量能力及多信使观测前景，发现相关望远镜每年或可探测10量级的千新星。
2023-07-25 gr-qc
Gravitational-wave Merger Forecasting: Scenarios for the early detection and localization of compact-binary mergers with ground based observatories
我们提出的前景，早期（合并前）检测和本地化的紧凑的二元聚结在未来10年内使用引力波。早期预警可以直接观测到中子星合并的即时和早期电磁辐射。我们检查了地基探测器在其“设计”灵敏度（2021-2022年），计划的“A+”升级（2024-2026年）和设想的“旅行者”概念（2020年末）的能力。我们发现，对于一个置信率的二进制中子星合并的$1000 ~\mathrm{Gpc}^{-3} \mathrm{yr}^{-1}$，设计，A+和旅行者时代的网络可以提供18，54，和195秒的警告一个源每年的观测，分别与天空定位区域$<$ 100度$^2$在$90\%$可信的水平。在相同的速率下，A+和Voyager时代的网络将能够为具有$<$ 10 deg $^2$定位区域的源分别提供9和43 s的警告。我们将理想化的搜索灵敏度与针对合并前检测调整的PyCBC Live搜索所实现的灵敏度进行了比较。引力波社区将准备制作合并前警报。我们的研究结果激励了具有宽视场、自动化和快速回转能力的观测站的操作，以便与引力波网络同时观测。
2020-10-19 astro-ph.HE gr-qc
Subtracting Compact Binary Foregrounds to Search for Subdominant Gravitational-Wave Backgrounds in Next-Generation Ground-Based Observatories
本文研究下一代地面引力波观测站中双黑洞和双中子星并合产生的随机引力波背景，发现残余背景主要由并合相位和光度距离的不确定性造成，并限制了观测其他次主导背景的灵敏度，需探索新的信号扣除方法。
2023-09-24 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Gravitational Waves from Black-Hole Encounters: Prospects for Ground- and Galaxy-Based Observatories
该研究探究黑洞近距离双曲线遭遇产生的带记忆暴引力波事件的可探测参数空间，采用含三阶后牛顿效应的波形，给出波形有效性方案，明确地面与IPTA的探测及约束能力。
2023-05-30 astro-ph.GA gr-qc
Network sensitivity to geographical configuration
引力波天文学将需要对全球引力波观测站网络的数据进行协调分析。在这种情况下，出现了如何最佳配置全球网络的问题。我们在其他地方提出了一种形式主义，在这里使用重合网络分析方法和相干网络分析方法来比较网络的不同配置。我们已经构建了一个网络模型来计算一个数字的优点的基础上检测率的人口标准蜡烛二进制的灵感。我们发现，这种措施的网络质量是非常敏感的组件检测器的地理位置下一致的网络分析，但相对不敏感的相干网络分析。
2002-02-07 gr-qc
Compact Binary Foreground Subtraction in Next-Generation Ground-Based Observatories
电流探测器的随机引力波背景主要是由双星黑洞（BBH）和双星中子星（BNS）的聚并所决定的。目前引力波（GW）探测器网络的灵敏度只允许一小部分BBH和BNS被解析和减去，但以前的工作表明，下一代（XG）天文台的情况应该会显着改善。我们通过考虑波形建模的不确定性，更新的天体物理模型，以及（至关重要的）必须估计以去除解析源的全套参数来重新审视这些结论。与以前的研究相比，我们发现，即使使用XG检测器网络，BBH和BNS的残留背景也很大。因此，需要新的数据分析方法来观察来自宇宙超新星或早期宇宙现象（如宇宙弦、刚性膨胀后流体或轴子膨胀）的SGWB。
2022-09-02 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Propagation of Light in the Field of Stationary and Radiative Gravitational Multipoles
极高精度的无线电/光学干涉天文台，如SKA，盖亚，SIM和LIGO/LISA引力波探测器的无与伦比的灵敏度要求更深入的理论处理电磁信号的传播通过太阳系的变量引力场，振荡和进动中子星，合并的二元系统，爆炸超新星，碰撞星系的相对论效应。对于未来的引力波观测站来说，特别重要的是光线在由局部引力辐射源发射的多极引力波场中的传播问题。本文提出了物理上适当的和一致的数学解决方案，这个问题的第一个后闵可夫斯基近似的广义相对论，占所有时间相关的多极矩的一个孤立的天文系统。
2006-03-15 gr-qc
Prospects to Explore High-redshift Black Hole Formation with Multi-band Gravitational Waves Observatories
早期宇宙中大质量黑洞的聚集仍然是天体物理学中一个缺乏约束的开放性问题。轻种子（质量低于$\sim 1000M_{\odot}$的第三星族恒星的残余）或重种子（质量在$10^4-10^6 M_{\odot}$范围内）的合并和吸积都可以解释大质量黑洞的形成，但种子的丰度及其合并机制是高度不确定的。在接下来的几十年里，即将上线的引力波天文台有望观测到非常高红移的合并，从而揭示第一个黑洞的种子。在这封信中，我们探讨了LISA，宇宙探测器和爱因斯坦望远镜的潜力和局限性，以限制轻重种子的混合比，以及合并星系中中心黑洞合并的概率。由于第三代地基引力波探测器将只观察轻种子合并，我们演示了两种情况下，种子混合比和合并概率的推断可以是有限的。为了充分描述高红移黑洞形成的过程，多波段引力波观测和电磁观测的协同作用可能是必要的。
2022-02-09 astro-ph.GA gr-qc
Distinguishing high-mass binary neutron stars from binary black holes with second- and third-generation gravitational wave observatories
虽然引力波（GW）信号GW 170817伴随着各种电磁（EM）对应物，但足够高质量的双星中子星（BNS）合并预计无法为明亮的EM对应物提供动力。假设的高质量双星BNS合并GW 190425，没有确认的EM对应物已经被识别，可能是这样一个系统的例子。因此，重要的是要了解我们能够在多大程度上区分高质量BNS和低质量双黑洞（BBH），仅仅从它们的GW信号。要做到这一点，我们考虑的潮汐变形性的中子星上的GW信号的系统进行即时黑洞合并后形成的印记。我们使用混合数值相对论-潮汐有效单体波形模型的BNS信号。具体来说，我们考虑一组五个nonspinning等质量BNS信号的质量为2.7，3.0，3.2 Msun和三个不同的状态方程，以及类似的BBH信号。我们在三个网络中对这些信号进行参数估计：Advanced LIGO-Advanced Virgo和Advanced LIGO-Advanced Virgo-KAGRA，灵敏度分别与O3和O 4相似，以及两个宇宙探索者（CE）和一个爱因斯坦望远镜的3G网络，CE灵敏度与第二阶段相似。我们的分析表明，即使在40 Mpc下，我们也无法在90%的可信度水平上区分来自大质量BNS和BBH的信号。然而，我们可以区分所有，但最紧凑的BNS，我们在我们的研究中考虑BBH在40 Mpc在一个>= 95%的可信水平使用O 4-类网络，甚至可以区分他们在一个> 99.…
2020-04-18 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Realistic Detection and Early Warning of Binary Neutron Stars with Decihertz Gravitational-wave Observatories
在实际探测策略下，研究了分赫兹引力波观测站对双星中子星（BNS）星群的探测率和预警参数。假设B-DECIGO运行4年，我们根据参数精度将可探测的BNS分为三类：（a）在1年内合并的源，其定位不确定度为$ΔΩ\sim 10^{0}$ deg $^2$ ;（b）在1-4年内合并的来源，它们占据了总事件的四分之三，并产生最精确的角分辨率$ΔΩ\sim 10^{-2}$ deg $^2$和合并时间精度$Δt_c\sim 10^{-1}$ s;以及（c）在4年任务窗口期间不合并的源，这使得可能的早期警报成为可能，具有$ΔΩ\sim 10^{-1}$ deg $^2$和$Δt_c\sim 10^{0}$ s。此外，我们还比较了B-DECIGO与第三代地基探测器的优缺点，并探讨了使用其他3个分贝观测站和4个BNS人口模型进行探测的前景。在现实的观测场景中，我们发现，分赫兹探测器甚至可以在合并前几十年向源提供早期预警警报，而它们的定位仍然与地面设施一样准确。最后，我们发现当考虑混淆噪声时事件减少，但这可以通过适当的噪声减法部分解决。
2022-06-17 astro-ph.HE gr-qc
Constraints on the Population of Common Sources of Gravitational Waves and High-Energy Neutrinos with IceCube During the Third Observing Run of the LIGO and Virgo Detectors
Orta Doğu Teknik Üniversitesi（中东技术大学）；Columbia University in the City of New York（纽约市哥伦比亚大学）
本文基于LIGO和Virgo第三观测运行期间的数据，研究了引力波和高能中微子共同源的约束，发现亚阈值事件中无显著联合源。
2025-12-11 astro-ph.HE gr-qc
Optimal detection of burst events in gravitational wave interferometric observatories
我们考虑的问题，检测突发信号的未知形状。我们引入了一个统计量，它概括了由Flanagan和Hughes提出并由Anderson等人扩展的超额功率统计量。我们提出的统计量对于任意噪声谱特性都是最优的，在两个假设下，噪声是高斯的，并且信号的先验是均匀的。统计推导是基于这样的假设，即信号影响仅影响数据流中的N个样本，但没有其他信息是先验可用的，并且每个样本处的信号值可以是任意的。我们表明，所提出的统计可以结合标准的时间序列分析工具，可以有效地实现，所产生的计算成本仍然是兼容的干涉数据的在线分析。我们将这个版本的超额功率统计推广到多个检测器的情况下，还包括相关噪声的影响。我们给出了完整的细节，无论是单检测器和多检测器的情况下，该算法的实施，我们讨论的确切和近似的形式，根据噪声的具体特性和假设的突发事件的长度。作为一个例子，我们将展示什么是网络的干涉仪的灵敏度的三角函数突发。
2001-12-08 gr-qc
Observation time to first detection of double neutron star mergers by gravitational wave observatories
我们约束等待时间的不确定性检测的第一个双中子星（DNS）合并的引力波天文台。通过占泊松波动率密度的DNS合并和星系空间密度的不均匀性，在当地的宇宙中，我们定义了一个检测“区”作为一个区域的参数空间的约束下的双中子星合并率和两个LIGO操作参数：观测地平线距离和科学运行时间。假设每个银河系Myr^{-1}星系的DNS合并平均速率约为80，我们发现增强型LIGO在1年的观测中观察到合并的机会为1/20。高级LIGO灵敏度的最小等待时间和时间区宽度要短得多，这意味着在不到60天的时间内检测到DNS合并的概率为95%，在大约1天内首次检测到DNS合并的概率为1/20。在首次探测概率为5%的阈值下，我们发现星系团对探测的影响被消除，并且可能只在5-10年的观测时间后才影响探测率。
2008-06-15 astro-ph gr-qc
Proposal of a second generation of quantum-gravity-motivated Lorentz-symmetry tests: sensitivity to effects suppressed quadratically by the Planck scale
在过去的几年里，对普朗克尺度偏离经典洛伦兹对称性的研究一直是量子引力研究中最活跃的领域之一。我们现在对洛伦兹对称性在最流行的非对易时空中的命运有了令人满意的描述，并且已经有几项研究致力于洛伦兹对称性在圈量子引力中的命运。值得注意的是，如果量子时空效应的大小仅被普朗克长度线性抑制，那么已经有计划的实验具有足够的灵敏度来揭示这些量子时空效应。不幸的是，在某些量子引力场景中，即使是最强的量子时空效应也至少被普朗克长度的2次方所抑制，许多作者认为，不可能检验这些平方抑制效应。我在这里观察到，先进的宇宙线观测站和中微子观测站可以提供实验计划的第一个元素，测试偏离洛伦兹对称性的可能性，这些对称性被平方普朗克长度抑制。
2003-07-02 astro-ph gr-qc hep-ph
Gravitational Wave observatories may be able to detect hyperbolic encounters of Black Holes
引力波（GW）天文学有望观测到不同类型的天体物理源。在这里，我们探讨的可能性，从紧凑的恒星与地面干涉探测器的双曲相互作用的GWs的检测。据信，一个紧密的束缚星团，如球状星团，可以是这些相互作用的主要环境。我们估计的检测率，这样的事件，考虑集群内的局部几何形状，占紧凑型恒星在有限距离的散射概率，并假设现实的集群属性指导可用的数值模型，它们的形成时间，和内部的恒星演化。我们发现，即使在保守的限制，它可能会检测到这样的黑洞遇到在未来几年内，目前的网络的观测站与正在进行的灵敏度升级和一个到几个事件，每年与下一代天文台。在实践中，实际检测率可能会大大超过估计的平均率，因为在非常大的人群中发现离群值的机会可能很高。这样的观测（或没有观测）可能会提供关键的限制，以估计宇宙中孤立的致密星的数量。这些发现本身将是令人兴奋的发现，并将与双星合并的观测相辅相成，使我们更接近解决一个基本问题，即在可观测的宇宙中有多少黑洞。
2021-10-28 astro-ph.HE gr-qc
A Horizon Study for Cosmic Explorer: Science, Observatories, and Community
这个地平线研究描述了下一代地基引力波天文台：宇宙探测器。宇宙探测器的灵敏度是先进LIGO的十倍，它将把引力波天文学推向可观测宇宙的边缘（$z \sim 100$）。这个地平线研究的目标是描述和评估宇宙探索者的设计概念;计划美国在引力波天文学方面的领导地位;并设想宇宙探索者在国际努力中的作用，以建立一个“第三代”（3G）天文台网络，这将使天文学，物理学和宇宙学的发现发生变革。
2021-10-06 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Geometry of transient gravitational waves and estimation of efficiencies of different detector configurations
Facultad de Matemática Astronomía, Física y Computación (FaMAF)（数学、天文学、物理与计算学院）；Universidad Nacional de Córdoba（科尔多瓦国立大学）；Instituto de Física Enrique Gaviola (IFEG)（恩里克·加维亚拉物理研究所）
本文提出了一种几何方法来分析干涉仪观测站记录的暂态引力波，旨在评估下一代探测器配置如宇宙探测器、爱因斯坦望远镜和南美引力波观测站的性能和灵敏度。
2026-04-27 gr-qc
Constraining the lensing of binary black holes from their stochastic background
引力波与电磁辐射一样，也会受到引力透镜的影响。然而，迄今为止，尚未报告明确观察到晶状体GW瞬变。另外，GW观测站继续寻找由许多高红移瞬变事件产生的随机GW信号。我们利用了一个令人惊讶的连接之间的透镜的个别瞬态和限制的背景辐射产生的未解决的人口的二进制背孔合并：我们表明，它约束的分数个别可分辨透镜的二进制黑洞小于$\sim 4\times 10^{-5}$在目前的灵敏度。我们澄清现有的解释，低红移GW观测（假设没有透镜）在其明显的透镜红移和群众，并探讨在未来的敏感性GW天文台的约束。根据我们的研究结果，最近声称的观测透镜事件统计不利。
2020-12-23 astro-ph.CO gr-qc
Machine Learning for Quantum-Enhanced Gravitational-Wave Observatories
针对引力波探测器压缩态制备维持难的问题，提出用机器学习预测LIGO第三次观测运行的压缩水平并分析退化来源，为未来压缩注入优化及智能闭环控制奠基。
2023-05-23 astro-ph.IM gr-qc quant-ph
Eccentric Gravitational Wave Bursts in the Post-Newtonian Formalism
地面引力波观测站对GW 150914的探测开创了天体物理学的新纪元。在最佳灵敏度下，预计这些观测站每年将探测到几个事件，其中一两个事件的偏心率不可忽略。这样的偏心双星在每一次近心通过时都会发出引力辐射的爆发，在那里轨道速度可以达到光速的10%以上。因此，这类双星可能被证明是极端引力物理学和天体物理学的强大探测器。一个有前途的方法来实现检测这样的二进制是通过功率叠加，其中每个突发的功率在时间-频率空间中相加。这种检测策略需要突发在时间和频率上发生的理论先验，以便知道在哪里搜索连续的突发。在这里，我们提出了一个通用的后牛顿形式主义，用于构建这样的时间-频率模型先验一般后牛顿秩序。我们应用我们的形式主义产生一个爆炸模型在第三后牛顿秩序，使其成为最准确的，完全解析模型。
2017-06-13 gr-qc
Early Warnings of Binary Neutron Star Coalescence using the SPIIR Search
来自双中子星合并的引力波可以用作警报，以便能够进行及时的后续观测。特别是，捕捉即时电磁和天体粒子排放的时刻，一个二进制合并提出了独特的限制的时间尺度和天空定位在线引力波检测。在这里，我们提出了SPIIR在线检测管道的预期性能，该管道是为即将到来的国际LIGO-Virgo的第四次科学运行（O 4）而设计的。使用模拟高斯数据的两个LIGO天文台与预期的O 4灵敏度，我们证明，有一个不可忽视的机会，提供合并前警告至少10秒之前，最后暴跌。预计这些警报将以每年一颗中子星合并的名义速度发出，并定位在300 $deg^2$的中位数搜索区域内。我们设想这样的检测是非常有用的后续观测站，如Murchison宽场阵列无线电设施在西澳大利亚州的大视野。
2022-02-23 gr-qc
Compact Michelson interferometers with subpicometer sensitivity
自2015年以来，干涉引力波观测站网络已成功探测到数十个天体物理信号。在本文中，我们实验研究紧凑的传感器，有可能提高引力波探测器的灵敏度，中等质量的黑洞。我们只使用商业组件，如传感头和激光器，组装的设置，并证明其亚皮米精度。该装置由一对迈克尔逊干涉仪组成，该干涉仪使用深度频率调制技术在多个干涉条纹上获得线性相对位移读数。我们实现了一个激光频率稳定方案，以达到0.3的灵敏度，$\text{pm} / \sqrt{\text{Hz}}$以上0.1\，Hz。该装置还具有改进其他实验的潜力，如扭秤和商用地震仪。
2022-10-04 gr-qc physics.ins-det
Cosmological model selection from standard siren detections by third-generation gravitational wave obervatories
对GW170817的多信使观测使得历史上第一次通过标准警报器测量哈勃常数成为可能，所谓的标准警报器类似于标准蜡烛，能够测量小红移时的光度距离与红移关系。在接下来的几十年里，第三代天文台预计将探测到数百到数千个来自致密双星聚结的引力波事件，并可能与电磁波相结合。在目前的工作中，我们将展示如何未来的标准警报器检测可以使用贝叶斯模型选择的框架内，区分不同的宇宙学模型的参数化的后期加速度。特别是，我们发现标准LCDM模型的定量条件是有利的，相对于其他模型具有不同的暗能量内容，通过减少不确定性的引力测定的光度距离相对于当前的预期。
2021-04-28 astro-ph.CO gr-qc
Null Stream Based Third-generation-ready Glitch Mitigation for Gravitational Wave Measurements
针对引力波探测器故障干扰问题，首次利用Einstein Telescope三角形配置的零流结合先进表征方法消除故障影响，在保证参数测量质量的同时实现约一个数量级计算加速。
2025-06-27 astro-ph.IM gr-qc
Chirping compact stars: gravitational radiation and detection degeneracy with binary systems A conceptual pathfinder for space-based gravitational-wave observatories
本文发现可压缩黎曼S型椭球体（CELs）的啁啾引力波信号与双白矮星及极端质量比旋进系统在特定频段不可区分，且三者局域宇宙发生率相近，对空间引力波探测器构成探测简并挑战。
2023-10-11 astro-ph.GA gr-qc
Search for gravitational wave bursts in LIGO's third science run
我们报告的搜索引力波爆发的数据从三个LIGO干涉探测器在他们的第三次科学运行。搜索的目标是频率范围为100-1100 Hz的亚秒级脉冲群，其中没有假设波形模型，并且具有hrss ~ 10^{-20} / sqrt（Hz）的均方根（rss）应变幅度灵敏度。在8天的分析数据中没有检测到引力波信号。
2005-11-27 gr-qc
Robustness of Sensitivity Evaluations for Gravitational Wave Detection Algorithms
本研究检验了基于机器学习的引力波探测流水线AresGW模型1在多组真实噪声月级数据集上的灵敏度一致性，发现有限时长数据集会导致性能波动，强调需更严格的统计验证，为引力波搜索基准标准提供参考。
2025-09-05 gr-qc
Searching for cosmological gravitational-wave backgrounds with third-generation detectors in the presence of an astrophysical foreground
随机宇宙学引力波背景（CGWB）为研究早期宇宙现象和基础物理提供了直接的窗口。有了第三代地基引力波探测器，爱因斯坦望远镜（ET）和宇宙探测器（CE），我们也许能够探测到CGWB的证据。然而，挖掘出这些主要信号将是一个困难的探索，因为来自致密双星合并（CBC）的天体物理前景的主导地位将掩盖这个CGWB。在本文中，我们研究了减法噪声投影方法，使之有可能减少后的残差减去天体物理前景的CBCs，大大提高了我们的机会来检测宇宙学背景。我们进行了我们的分析的基础上模拟的ET和CE和使用后验抽样的参数估计的二元黑洞合并。我们证明了随机引力波搜索的灵敏度提高，并得出结论，这些搜索的最终灵敏度将不会受到残差减去估计BBH前景时留下的限制，但不能检测到的天体物理前景的分数，甚至与第三代仪器，或可能由其他信号不包括在我们的分析。我们还解决了以前的误解残留噪声的背景下，高斯参数估计。
2020-06-29 gr-qc
Impact of coalescence signals on the search for continuous gravitational waves with Einstein Telescope
INFN, Sezione di Cagliari（意大利国家核物理研究所卡利亚里分部）；Universitat de les Illes Balears（巴利阿里群岛大学）；Scuola Normale Superiore（比萨高等师范学院）；INFN, Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）；INFN, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）；Università degli Studi di Cagliari（卡利亚里大学）；INAF – Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica di Palermo（意大利国家天体物理研究所巴勒莫空间天体物理学与宇宙物理学研究所）
研究评估了相干信号背景对Einstein望远镜连续引力波检测的影响，发现低频区域噪声增强，使Frequency-Hough算法灵敏度下降7-10%。
2026-05-12 gr-qc
3G R&D: R&D for the Next Generation of Ground-based Gravitational-wave Detectors
为了实现下一代引力波观测站的承诺，需要一个持续和协调的探测器研究和开发计划。本报告详细审查了下一代GW探测器所需的广泛的近期和长期探测器研发计划，这些计划与“下一代全球引力波观测站：科学书”中提出的关键科学目标相称，包括选址和大规模真空基础设施的考虑。该报告就探测器技术所需的进展以及实现这些进展所需的时间表提出了一系列详细建议。它还确定了更大规模的全球协调研发工作对确保成功同时最大限度地降低成本至关重要的领域。本报告是GWIC 3G小组委员会六部分系列报告中的第三部分：i）将引力波观测站的范围扩大到宇宙边缘，ii）下一代全球引力波观测站：科学书，iii）3G研发：下一代地基引力波探测器的研发（本报告），iv）引力波数据分析：3G时代的计算挑战，v）未来的地面引力波观测站：与其他科学界的协同作用，（六）探索未来全球引力波观测网络的可能管理模式。
2021-11-12 gr-qc
Hierarchical approach to matched filtering using a reduced basis
通过对来自引力波观测站的观测到的应变数据进行匹配滤波来执行从紧密双星聚结（CBC）中搜索引力波，所述匹配滤波针对离散波形模板集，所述离散波形模板集被设计为精确地近似期望的引力波信号，并且被选择为有效地覆盖目标搜索区域。匹配滤波的计算成本与覆盖参数空间所需的模板数量和波形的带内持续时间成比例。这两个因素都增加了难度，因为目前的天文台提高了灵敏度，特别是在低频，并可能对第三代天文台构成挑战。降低匹配滤波的成本将使未来探测器数据的搜索更容易处理。此外，结合偏心率、岁差或目标光源（例如太阳下光源）的影响进行搜索将更加容易。我们提出了一个分层方案的基础上减少的基础方法，以减少计算成本进行匹配过滤器为基础的搜索。与目前的方法相比，我们估计没有任何损失的灵敏度，加速的一个因素~ 10的源与信噪比（SNR）至少=6.0，和一个因素~ 6的SNR至少为5。我们的方法是由线性操作，这是高度并行化。因此，我们使用图形处理单元（GPU）实现我们的算法，并评估商业动机的指标，以证明GPU在CBC搜索中的效率。我们的计划可以扩展到通用CBC搜索，并允许使用GPU进行有效的匹配过滤。
2022-05-11 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Scattering of scalar, electromagnetic and gravitational waves from binary systems
对引力波的直接探测使几十年来在源建模和提高探测器灵敏度方面的努力达到顶峰。随着未来第三代地球探测器或空间观测站的出现，引力波天文学将迎来全盛时期。关于引力波的产生和传播中的环境或其他系统效应的问题，以前被搁置一边，现在正需要系统的处理。在这里，我们研究电磁和引力辐射是如何被一个双星系统散射的。首次计算了引力束缚双星的散射截面、共振和入射波的影响。散射波振幅与入射波振幅之比，对于已知的天体来说，可以达到$10^{-5}$的量级，这将被纳入未来引力波观测站的领域。对于目前现实的紧凑对象二进制分布，交互横截面太小，相关性。
2018-09-13 gr-qc hep-th
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
Inferring physical properties of stellar collapse by third-generation gravitational-wave detectors
银河系核心坍缩超新星是引力波的可能来源之一。我们研究了引力波观测站从辐射的引力波中提取坍缩前体性质的能力。我们使用模拟的超新星，探索各种祖核心的旋转速率和核状态方程，并检查当前和未来的天文台，以确定这些属性使用引力波参数估计的能力。我们使用模拟目录的主成分分析来确定波形的主要特征，并在波形的测量特性和祖细胞的物理特性之间创建映射。我们使用贝叶斯参数推断和参数图来计算引力波观测的物理性质的后验概率。我们估计的祖先的核心旋转动能的比率，势能（$β$）和后反弹振荡频率。对于距离银河系中心8.1 kpc的超新星，利用$β= 0.02$，我们的方法可以估计出$β$，其$90\%$可信区间为Advanced LIGO的$0.004$，改进为Cosmic Explorer的$0.0008$。我们证明，如果核心旋转足够快的信号观测宇宙探测器，我们的方法也可以提取后反弹振荡频率的质子中子星的$5$ ~Hz（$90\%$可信区间）内的精度，使我们能够约束的核物质状态方程。对于距离麦哲伦云（48.5 kpc）的超新星，宇宙探测器测量这些参数的能力略有下降，旋转为$0.003$，反弹后振荡频率为$11$ ~Hz（$90\%$可信区间）。麦哲伦云中的源对于先进的LIGO来说太遥远了，无法测量这些属性。
2021-01-27 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Enhancing interferometer sensitivity without sacrificing bandwidth and stability: beyond single-mode and resolved-sideband approximation
量子噪声限制了精密测量设备的灵敏度，如激光干涉仪引力波观测台和轴子探测器。在散粒噪声限制的制度，这些谐振检测器的峰值灵敏度和带宽之间的权衡。在引力波探测器中规避这一限制的一种方法是嵌入一个色散光机械滤波器来拓宽带宽。然而，原始的滤波器腔设计使整个系统不稳定。最近，我们提出了臂腔和光机滤波器之间的相干反馈，通过PT对称性来消除不稳定性。基于哈密顿形式主义的原始分析采用了单模和分解边带近似。在本文中，我们超越这些近似，并考虑现实的参数。我们表明，有关稳定性的主要结论仍然完好无损，与奈奎斯特分析和详细的时域仿真。
2021-04-06 gr-qc physics.ins-det quant-ph
