利用Parkes脉冲星定时阵探测随机引力波背景

Parkes脉冲星定时阵对单个引力波源的灵敏度

The Sensitivity of the Parkes Pulsar Timing Array to Individual Sources of Gravitational Waves

我们提出的灵敏度的帕克斯脉冲星定时阵列的引力波发射的个别超大质量黑洞双星系统在合并的星系的核心合并的早期阶段。我们的分析包括一个详细的研究，拟合脉冲星定时模型的影响，非白色的定时残差。脉冲星的计时在毫微赫兹的频率上是敏感的，因此与LIGO和LISA是互补的。我们放置一个天空平均的约束合并率附近（$z < 0.6$）黑洞双星在合并的早期阶段的啁啾质量$10^{10}\,\rmn{M}_\odot$小于一个合并每七年。未来的引力波天文学与拟议的平方公里阵列望远镜的这种类型的前景进行了讨论。

Parkes脉冲星定时阵的状态更新

Status Update of the Parkes Pulsar Timing Array

帕克斯脉冲星定时阵列项目旨在通过毫秒脉冲星的定时直接探测引力波背景。本文介绍了这项工作的主要要求，并概述了最近和正在取得的进展。我们证明了毫秒双星的时间特性是足够的，技术进步是及时的，期望在十年内成功探测到引力波，或者排除所有目前的预测引力波背景形成的超大质量黑洞合并。

A polarization census of bright pulsars using the Ultra-Wideband Receiver on the Parkes radio telescope

We present high signal-to-noise, full polarization pulse profiles for 40 bright, 'slowly'-rotating (non-recycled) pulsars using the new Ultra-Wideband Low-frequency (UWL; 704-4032 MHz) receiver on the Parkes radio telescope. We obtain updated and accurate interstellar medium parameters towards these pulsars (dispersion measures and Faraday rotation measures), and reveal Faraday dispersion towards PSR J1721-3532 caused by interstellar scattering. We find general trends in the pulse profiles including decreasing fractional linear polarization and increasing degree of circular polarization with i…

Einstein@Home在Parkes多束脉冲星巡天中发现24颗脉冲星

Einstein@Home Discovery of 24 Pulsars in the Parkes Multi-beam Pulsar Survey

我们已经进行了一个新的搜索在紧凑的双星系统中的Parkes多波束脉冲星巡天（PMPS）的数据，采用新的方法来消除多普勒调制的二进制运动。这使得对致密双星中的双星具有无与伦比的灵敏度。分布式志愿者计算项目Einstein@Home提供了大约17000 CPU核心年的计算时间，该项目具有大约1 PFlop/s的持续计算能力。在我们的搜索中，我们发现了24个新的双星，其中18个是孤立的双星，6个是双星系统的成员。尽管宽的滤波器组通道和相对较慢的采样时间的PMPS数据，我们发现具有非常大的比率的色散测量（DM）的自旋周期的恒星。PSR J1748-3009是已知DM最高的毫秒脉冲星（约420 pc/cc）。我们还发现了PSR J1840-0643，它是一个轨道周期为937天的双星系统，是已知的第四大双星系统。新的脉冲星J1750-2536可能属于罕见的中等质量双星。其中三个孤立的恒星在其发射中显示出长期的零或不稳定性，进一步增加了这个不断增长的家族。我们的发现证明了分布式志愿者计算对数据驱动天文学的价值，以及将新的分析方法应用于广泛搜索的数据的重要性。

利用脉冲星计时约束超大质量黑洞双星的合并速率

Constraining the coalescence rate of supermassive black-hole binaries using pulsar timing

脉冲星定时观测被用来限制超大质量黑洞（SMBH）双星的合并率作为质量和红移的函数。与其他技术的间接约束相反，脉冲星定时观测提供了对黑洞合并率的直接约束。这是可能的，因为脉冲星计时对这些源在演化的最后阶段发射的引力波（GW）很敏感。我们发现，从最近发表的帕克斯脉冲星定时阵列数据计算的上限是略高于理论预测的红移低于10。在未来，随着时间精度的提高和更长的数据跨度，我们表明，GWs的非检测将排除某些特定类别的SMBH二进制合并模型中的可用参数空间。我们还表明，如果我们可以定时一组的时间到10纳秒的定时精度，例如，使用拟议的平方公里阵列，它应该是可能的，以检测一个或多个单独的SMBH二进制系统。

Advantages of Including Globular Cluster Millisecond Pulsars in Pulsar Timing Arrays

Even though Pulsar Timing Arrays already have the potential to detect the gravitational wave background by finding a quadrupole correlation in the timing residuals, this goal has not yet been achieved. Motivated by some theoretical arguments, we analyzed some advantages of including the millisecond pulsars within globular clusters, especially those in their cores, in current and future Pulsar Timing Array projects for detecting the gravitational waves emitted by an ensemble of supermassive black holes.

利用帕克斯脉冲星计时阵列第二次数据发布约束超轻矢量暗物质

Constraining ultralight vector dark matter with the Parkes Pulsar Timing Array second data release

利用帕克斯脉冲星计时阵列第二次数据发布，通过引力效应在纳赫兹频段搜寻超轻矢量暗物质，未发现信号，给出95%置信水平下局部暗物质密度上限，约束与标量暗物质搜索相当。

Including Millisecond Pulsars inside the Core of Globular Clusters in Pulsar Timing Arrays

We suggest the possibility of including millisecond pulsars inside the core of globular clusters in pulsar timing array experiments. Since they are very close to each other, their gravitational wave induced timing residuals are expected to be almost the same, because both the Earth and the pulsar terms are correlated. We simulate the expected timing residuals, due to the gravitational wave signal emitted by a uniform supermassive black-hole binary population, on the millisecond pulsars inside a globular cluster core. In this respect, Terzan 5 has been adopted as a globular cluster prototype an…

用脉冲星定时阵列探测来自QCD相变的引力波

Detection of gravitational waves from the QCD phase transition with pulsar timing arrays

如果宇宙学的QCD相变是强的一级相变，并且持续足够长的时间，它会产生一个引力波的背景，可以通过脉冲星计时实验检测到。我们估计这样的背景的振幅和光谱形状，我们讨论了其可探测性的前景。

366颗卫星定时不规则性分析

An analysis of the timing irregularities for 366 pulsars

我们提供了一个分析的时间不规则性观察到的366颗恒星。在过去的36年里，使用Jodrell Bank天文台的76米Lovell射电望远镜进行了观测。这些数据集使我们能够在> 10年的时间尺度上对脉冲星定时噪声进行首次大规模分析，具有多个观测频率和大样本的脉冲星。我们的样品包括正常和回收的垃圾。的定时残差的最小的特征年龄的brachiars被证明是占主导地位的故障事件的恢复，而老brachiars看到的定时不规则性是准周期性的。我们强调，以前的模型，解释作为一个低频噪声过程的定时残差是不一致的观察。

脉冲星定时噪声与脉冲星定时阵探测引力波的最短观测时间

Pulsar timing noise and the minimum observation time to detect gravitational waves with pulsar timing arrays

脉冲星定时阵列对引力波的灵敏度在某种程度上受到定时噪声的限制。红色定时噪声--脉冲到达时间的随机漂移，具有红色光谱--在慢旋转的双星中普遍存在，并且已经在许多毫秒双星中被识别出来。定时噪声（例如来自超流体湍流）的现象学模型表明，定时噪声频谱在某个临界频率$f_c$以下趋于平稳，这可能有助于寻找引力波。我们通过计算最小观测时间，$T_{\rm min}(f_c)$，研究了这种影响的个别恒星，超过该引力波信号变得大于定时噪声高原。我们以两种方式做到这一点：1）以模型无关的方式; 2）以时间噪声的超流湍流模型为例说明如何约束中子星参数。我们表明，超流湍流模型可以再现数据定性从一些观测到的Parkes脉冲星定时阵列的一部分的脉冲星。我们进一步展示了如何$f_c$的值，无论是通过观察或理论，可以与$T_{\rm min}$。这提供了一个诊断，从而可以量化的有用的定时阵列探测器的引力波探测。

High-precision search for dark photon dark matter with the Parkes Pulsar Timing Array

The nature of dark matter remains obscure in spite of decades of experimental efforts. The mass of dark matter candidates can span a wide range, and its coupling with the Standard Model sector remains uncertain. All these unknowns make the etection of dark matter extremely challenging. Ultralight dark matter, with $m \sim10^{-22}$ eV, is proposed to reconcile the disagreements between observations and predictions from simulations of small-scale structures in the cold dark matter paradigm, while remaining consistent with other observations. Because of its large de Broglie wavelength and large l…

Parkes脉冲星定时阵对超轻标量场暗物质的约束

Parkes Pulsar Timing Array constraints on ultralight scalar-field dark matter

人们普遍认为，暗物质贡献了我们宇宙中大约四分之一的临界质量-能量密度。暗物质的性质目前尚不清楚，可能的成分的质量跨越近一百个数量级。超轻标量场暗物质由$m \sim 10^{-22}$ eV的极轻玻色子组成，通常被称为“模糊”暗物质，为标准冷暗物质模型在亚银河尺度上的一些挑战提供了有趣的解决方案。正如赫梅利尼茨基和鲁巴科夫所指出的，银河系中的这种标量场会产生一个频率为纳赫兹的振荡引力势，导致来自恒星的无线电脉冲到达时间的周期性变化。Parkes脉冲星定时阵列（PPTA）已经以两到三周的间隔监测了20毫秒的脉冲星超过十年。除了探测纳赫兹引力波外，PPTA还提供了在天体物理学可行的质量范围内直接搜索模糊暗物质的机会。我们分析了最新的PPTA数据集，其中包括2004年至2016年期间对26个卫星的定时观测。我们使用贝叶斯和频率论方法在这个数据集中搜索银河系中超轻暗物质的证据。未进行具有统计学意义的检测。因此，我们对当地的暗物质密度设置了上限。我们的限制，提高了以前的搜索的2到5倍，约束超轻玻色子的暗物质密度与$m \leq 10^{-23}$ eV低于$6\,\text{GeV}\,\text{cm}^{-3}$与地球附近的95%的信心。最后，我们讨论了探测天体物理上有利的质量范围$m \gtrsim 10^{-22}$ eV的下一代脉冲星计时设施的前景。

利用帕克斯脉冲星计时阵列搜寻各向同性引力波背景

Search for an isotropic gravitational-wave background with the Parkes Pulsar Timing Array

本研究利用帕克斯脉冲星计时阵列18年数据，在30颗毫秒脉冲星中探测到共同谱噪声过程，并发现其空间相关性与引力波背景一致（误报概率约0.02），证实了南天脉冲星数据在国际脉冲星计时阵列中的重要性。

Principles of Gravitational-Wave Detection with Pulsar Timing Arrays

Pulsar timing uses the highly stable pulsar spin period to investigate many astrophysical topics. In particular, pulsar timing arrays make use of a set of extremely well-timed pulsars and their time correlations as a challenging detector of gravitational waves. It turns out that pulsar timing arrays are particularly sensitive to ultra-low-frequency gravitational waves, which makes them complementary to other gravitational-wave detectors. Here, we summarize the basics, focusing especially on supermassive black-hole binaries and cosmic strings, which have the potential to form a stochastic gravi…

毫秒钟的时间稳定性与引力波探测前景

Timing stability of millisecond pulsars and prospects for gravitational-wave detection

一个近似阵的高精度定时观测分析。20毫秒的脉冲（所谓的“定时阵列”）可能最终导致随机引力波背景的检测。这种检测的可行性和这种类型的实验所需的持续时间是由可实现的RMS的定时残差和定时稳定性所涉及的振荡器。我们目前的结果，第一个长期的，高精度的计时运动的大样本毫秒天文台用于引力波探测项目。我们发现，在我们的样本中的大多数卫星的定时残差不包含显着的低频噪声，可能会限制使用这些卫星长达十年的引力波探测工作。对于我们最精确的定时卫星，固有的不稳定性的卫星或观测系统的时间不规则性的五年的时间尺度低于100纳秒的水平。基于这些结果，确定了计划和正在进行的定时阵列工作的实际灵敏度曲线。我们的结论是，在五年到十年内通过脉冲星定时阵列的努力探测引力波背景的前景是好的。

On the evidence for a common-spectrum process in the search for the nanohertz gravitational-wave background with the Parkes Pulsar Timing Array

A nanohertz-frequency stochastic gravitational-wave background can potentially be detected through the precise timing of an array of millisecond pulsars. This background produces low-frequency noise in the pulse arrival times that would have a characteristic spectrum common to all pulsars and a well-defined spatial correlation. Recently the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves collaboration (NANOGrav) found evidence for the common-spectrum component in their 12.5-year data set. Here we report on a search for the background using the second data release of the Parkes Pul…

The Earth term in pulsar timing residuals is out of phase among the pulsars

We aim to resolve a misunderstanding about whether the so-called "Earth term" in the pulsar timing response to a gravitational wave is in phase among a set of pulsars. We note that the misunderstanding has potentially arisen from the statements that the Earth term is "coherent" or "builds up coherently" among the pulsars. We clarify what authors mean by "coherent" in these statements, pointing out that "coherent" does not indicate that the Earth terms are in phase among the pulsars. Using the pulsar timing residuals induced by a continuous gravitational wave, we show that the Earth term does n…

TempoNest：脉冲星定时分析的贝叶斯方法

TempoNest: A Bayesian approach to pulsar timing analysis

一个新的贝叶斯软件包的脉冲星定时数据分析的TempoNest的形式，它允许强大的确定的非线性脉冲星定时的解决方案，同时与一系列额外的随机参数。这包括红色自旋噪声和色散测量变化，使用噪声的幂律描述，或通过模型独立的方法，参数化信号中各个频率的功率。我们使用TempoNest表明，在欧洲脉冲星定时阵列（EPTA）和国际脉冲星定时阵列（IPTA）中，在代表当前数据集的噪声水平下，线性定时模型可以低估定时解决方案的不确定性高达一个数量级。我们还展示了如何在不同的定时模型和随机参数之间进行贝叶斯模型选择，例如，通过证明在脉冲星B1937+21中，数据中的色散测量变化和自旋噪声都是由简单的幂律优化建模的。最后，我们表明，不包括随机参数同时与定时模型可能会导致不可预测的变化，估计的不确定性，损害了从这样的分析中提取的科学结果的鲁棒性。

大麦云星云中的八颗新射电脉冲星

Eight New Radio Pulsars in the Large Magellanic Cloud

本文报道了在大麦云云中发现的八颗新射电双星。其中5颗是在对麦哲伦星云的帕克斯多波束巡天进行再处理时发现的，其余3颗是在帕克斯进行的一项新的高分辨率数据采集系统中发现的。由于射频干扰、视觉判断或必须分析的大量候选者，这些候选者可能在早期处理中被遗漏。其中一颗新发现的LMC脉冲星的色散测量值为273 pc cm $^{-3}$，几乎是先前已知最高值的两倍，使其可能是最遥远的LMC脉冲星。此外，我们提出了一个X射线点源位于SNR J0047.2 $-$ 7308在小麦哲伦云（SMC）的无线电脉冲搜索的零结果。虽然没有发现毫秒脉冲星，但这些发现使大麦哲伦星云中已知的旋转动力脉冲星数量增加了50%以上。使用LMC卫星的当前样本，我们使用贝叶斯分析将LMC中潜在可观测卫星的数量限制在57000 $^{+70000}_{-30000}$的95%可信区间内。帕克斯的新调查已完成$\sim$ 20%，预计将在LMC和SMC中产生最多6个毫秒的彗星。虽然它对短周期的地震波非常敏感，但这项新的调查对长周期的敏感性只略有增加。本次巡天的极限光度为125 mJy kpc $^2$，它覆盖了所有已知射电望远镜的前10%。大麦哲伦星系中的正常双星的光度函数与银河系盘面中的对应物是一致的。大麦哲伦星系的最大射电光度为$\sim 1000$ mJ/kpc $^2$。

脉冲星计时技术

Pulsar Timing Techniques

我们描述的程序，细微差别，问题，并在创建到达时间（TOA），残差和误差条从一组无线电脉冲星定时数据的选择。我们讨论了不匹配的模板的问题，宽带后端引入的问题，该问题的可能解决方案，并纠正各种观测系统引入的偏移。

利用帕克斯射电望远镜对10颗旋转射电暂现源的研究

A study of 10 Rotating Radio Transients using Parkes radio telescope

本文利用帕克斯望远镜对10颗旋转射电暂现源进行观测，测量了爆发率、频谱特性及流量上限，发现其单脉冲谱指数散布较窄，并识别出3颗可能为脉冲消零或弱脉冲星。