Pulsar timing and polarimetry: results and perspectives
本文全面综述了脉冲星计时与偏振测量领域的研究现状，重点介绍了多个国际PTA合作组织在探测nHz引力波随机背景方面的最新进展，并回顾了基于脉冲星数据对标量超轻物质的约束，探讨了其在基础物理和宇宙学中的应用前景。
2025-01-31 astro-ph.CO astro-ph.IM
Realistic sensitivity curves for pulsar timing arrays
我们构建现实的灵敏度曲线脉冲星定时阵列搜索引力波，将红色和白色噪声的贡献，个人脉冲星噪声谱，以及拟合脉冲星定时模型的效果。我们证明了模拟的卫星和现实的阵列组成的一个子集的NANOGrav卫星在最近的分析方法。这里给出的结果与精确的灵敏度曲线之间的比较显示出百分之几十的一致性。由此产生的灵敏度曲线可以用来评估预测的引力波信号在纳赫兹频段的检测能力，在一小部分的时间，它将需要计算准确的灵敏度曲线。
2019-07-09 astro-ph.IM gr-qc
The stochastic background: scaling laws and time to detection for pulsar timing arrays
我们推导出最佳互相关统计量的信噪比的标度律，并表明，作为观测时间的函数的信号噪声比的大幂律增加$T$，通常假设只在早期举行。经过足够的时间后，脉冲星计时阵列进入一个新的状态，信号与噪声的比例仅为$\sqrt{T}$。此外，在这一制度的脉冲星定时数据的质量和节奏变得相对不重要。这是因为脉冲星计时残差的最低频率变成了引力波主导。脉冲星计时阵列进入这种状态的速度比人们天真地怀疑的要快。对于T=10年的观测和典型的随机背景振幅，剩余均方根值小于约$1\,μ$ s的类星体已经处于该区域。在这种情况下，提高背景探测能力的最佳策略是增加阵列中的雷达数量。我们还对NANOGrav脉冲星定时阵列进行了逼真的模拟，该阵列通过积极的脉冲星调查活动定期向其阵列中添加新的毫秒脉冲星，并表明检测可能在十年内进行，最早可能在2016年发生。
2013-05-14 astro-ph.CO astro-ph.IM
Nano-Hertz Gravitational Waves Searches with Interferometric Pulsar Timing Experiments
我们估计的灵敏度，纳赫兹引力波的脉冲星定时实验中，两个高度稳定的毫秒级的脉冲星被同时跟踪与两个相邻的射电望远镜，参考相同的时间保持子系统（即“时钟”）。通过取两个到达时间残差数据流的差值，我们可以精确地消除合并数据集中的时钟噪声，从而提高对引力波的灵敏度。我们估计，在（$10^{-9} - 10^{-8}$）Hz波段，这种“干涉”脉冲星计时技术可以潜在地提高对引力辐射的灵敏度，比单望远镜的灵敏度提高近两个数量级。干涉脉冲星计时实验可以用即将到来的大型阵列项目的相邻天线对进行。
2011-01-20 astro-ph.IM gr-qc
Detecting nanohertz gravitational waves with pulsar timing arrays
作为对地面激光干涉仪的补充，正在进行脉冲星定时阵列实验，以寻找纳赫兹引力波。利用世界上最强大的射电望远镜，三个主要的国际合作已经收集了数十毫秒射电星的$\sim$ 10年高精度计时数据。本文综述了脉冲星计时实验、纳赫兹范围内的引力波探测以及各种计时阵列项目的最新成果。
2015-09-22 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Pulsar Timing Arrays require hierarchical models
针对脉冲星计时阵列（PTA）项目中无信息先验导致引力波信号参数估计偏差的问题，提出分层贝叶斯建模的合适先验，联合描述脉冲星集合及各分量特性，建议重新评估PTA结果。
2024-11-27 astro-ph.IM gr-qc
Nancay radiotelescope as part of the international Pulsar Timing campaigns
南凯射电望远镜从事高精度授时工作已有20年。自2004年以来，相干去色散仪器使200多颗恒星的大量常规观测成为可能，使用了这台100米级射电望远镜一半的时间。目前正在进行两个主要项目。一个大的年轻和年老的恒星被定时为多波长的方法，补充了非常成功的高能观测的恒星所做的费米。作为我们对欧洲脉冲星定时阵列的贡献，我们监测了一组高稳定的毫秒脉冲星，以探测宇宙学引力波背景。
2009-11-09 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
The noise properties of 42 millisecond pulsars from the European Pulsar Timing Array and their impact on gravitational wave searches
脉冲星定时阵列对引力波的灵敏度取决于单个脉冲星定时数据中存在的噪声。噪声对于脉冲星来说既可以是内在的，也可以是外在的。例如，噪声的内在来源将包括旋转不稳定性。噪声的外部来源包括没有充分建模的物理过程的贡献，例如色散和散射效应、分析误差和仪器不稳定性。我们提出的结果，从噪声分析的42毫秒脉冲星（MSP）观察到的欧洲脉冲星定时阵列。为了表征低频，随机和无色噪声分量，或“定时噪声”，我们采用两种方法，基于贝叶斯和频率统计。对于25个MSP，我们实现了统计上显着的测量其定时噪声参数，并发现这两种方法给出了一致的结果。对于其余17个MSP，我们在95%置信水平下对定时噪声幅度设置上限。此外，我们把上限的脉冲星噪声预算的参考陆地时间标准的误差（低于1%）的贡献，我们发现的证据，噪声分量，这是目前只在四个使用的望远镜之一的数据。最后，我们估计，个别的时间噪声的各向同性，随机GW背景的数据集的灵敏度降低了一个因素>9.1和一个因素>2.3的连续GW从可分辨的，螺旋形的超大质量黑洞二进制与圆形轨道。
2016-01-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Interpreting the Recent Upper Limit on the Gravitational Wave Background from the Parkes Pulsar Timing Array
我们提供了对Shannon等人的文章的评论。（2015年9月）题为“来自脉冲星观测中缺失的二元超大质量黑洞的引力波”。这封信的目的是解决公众和其他科学家对这项工作的结论的几个误解。
2016-02-19 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
Pulsar Timing Observations with Haoping Radio Telescope
我们报告了使用2014年建造的40米昊平射电望远镜（HRT）在L波段进行的脉冲星计时观测。观测是使用我们开发的脉冲星机器进行的。对毫秒脉冲星J 0437 -4715的计时观测在284天的时间跨度内获得了397 ns的计时残差。我们的观测成功地探测到了2019年7月23日发生的蟹状星云脉冲星故障。
2020-03-19 astro-ph.IM
Improved Pulsar Timing via Principle Component Mode Tracking
本文提出了一种主成分分析方法，用于跟踪和补偿脉冲星轮廓中的短时标变化，以提高脉冲星定时精度。我们将其与用于确定脉冲到达时间的快速似然技术相结合，在主成分幅度上边缘化。这允许在脉冲星变化的存在下精确估计定时误差。我们将该算法应用于慢脉冲星PSR J2139+0040，使用一组存档的非目标光栅扫描观测在任意时期在四年，获得改进的定时解决方案。该方法允许准确的脉冲星定时的数据集与短连续的源观测，开放的机会，脉冲星定时和测绘调查之间的一致性。
2017-12-12 astro-ph.HE astro-ph.IM
Review of Pulsar Timing Array for Gravitational Wave Research
本文综述了脉冲星定时阵（PTA）探测引力辐射的研究进展。在这里，我们将讨论毫秒级射电望远镜作为引力波探测器的使用，PTA可探测的引力辐射源和PTA实验的现状，指出未来的可能性。
2020-03-20 astro-ph.IM
Pulsar Timing Arrays
在过去的十年中，使用一个集合的射电望远镜来限制由随机引力波背景引起的特征应变，极大地推进了探测甚低频引力波的事业。本文综述了脉冲星定时阵列（PTA）这种探测引力波的电磁手段。介绍了PTA的工作原理、目前正在使用的PTA及其现状，并讨论了利用PTA探测引力波面临的主要挑战。
2013-01-24 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
Detecting super-Nyquist-frequency gravitational waves using a pulsar timing array
传统脉冲星计时方法可探测到的引力波（GW）的最大频率由观测的奈奎斯特频率（$f_{\rm{Ny}}$）设定。超过这个频率，GWs不会留下时间相关的信号;相反，它们在定时残差中表现为白噪声。GW引起的白噪声的方差是相对于GW源的位置的函数。通过观察这种独特的功能形式的定时数据，我们建议，我们可以检测的频率$>$ $f_{\rm{Ny}}$（超奈奎斯特频率GW; SNFGW）的GW。我们证明了所提出的方法与模拟时序数据的可行性。使用从Parkes脉冲星定时阵列数据发布1和北美纳赫兹天文台的引力波公开可用的数据集选择的数据集，我们试图从单个SNFGW源检测信号。结果与没有GW检测一致，概率为65.5%。生成所选脉冲星定时阵列对单个SNFGW源的灵敏度的全天图，并且所选脉冲星定时阵列最灵敏的GW源的位置是$λ_{\rm{s}}=-0.82$，$β_{\rm{s}}=-1.03$（rad）;相应的最小GW应变是$f=1\times10^{-5}$ Hz处的$h=6.31\times10^{-11}$。
2016-05-15 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Gravitational wave research using pulsar timing arrays
脉冲星定时阵列（PTA）是指对广泛分布的毫秒级脉冲星阵列进行定期、高精度定时观测的计划。在这里，我们审查的三个主要PTA项目和联合国际脉冲星定时阵列项目的状态。我们讨论了当前与超低频引力波搜索相关的结果，并强调了不久的将来的机会。
2019-04-02 astro-ph.HE astro-ph.IM
Bayesian estimation of non-Gaussianity in pulsar timing analysis
我们介绍了一种方法，用于执行一个强大的贝叶斯分析脉冲星定时数据中存在的非高斯性，同时与脉冲星定时模型，和额外的随机参数，如描述红自旋噪声和色散测量变化。用于定义非高斯性存在的参数对于高斯过程为零，给出了定义非高斯行为强度的简单方法。我们使用模拟表明，当数据中的噪声来自非高斯分布时，假设高斯统计可以显着增加与脉冲星计时模型参数相关的不确定性。然后，我们将该方法应用到公开可用的15年帕克斯脉冲星定时阵列数据发布1数据集的二进制脉冲星J0437 $-$ 4715。在这个分析中，我们提出了一个显着的非高斯检测不相关的非热噪声，但我们发现，它还没有影响定时模型或随机参数估计显着相比，假设高斯统计进行分析。然而，所提出的方法是目前的欧洲脉冲星定时阵列（EPTA）和国际脉冲星定时阵列（IPTA）数据集的直接实际使用。
2014-09-18 astro-ph.IM
Algorithmic Pulsar Timing
脉冲星计时是一个迭代拟合脉冲到达时间的过程，通过在到达时间之间强制脉冲星旋转整数次来限制脉冲星的自旋、天体测量和可能的二进制参数。相位连接是在确定脉冲星定时解的同时明确确定到达时间（TOA）之间的旋转数的过程。脉冲星计时目前需要由个人进行逐步相位连接的手动过程。为了量化和简化这一过程，我们创建了一种可以精确相位连接和时间隔离的脉冲星的算法，即脉冲星定时器APT。使用统计F检验和参数不确定性和协方差的知识，该算法决定在拟合中包括哪些新数据，何时添加额外的定时参数，以及在后续迭代中尝试哪个模型。使用这些工具，该算法可以相位连接以前需要大量手动工作的时序数据。我们在100个模拟系统上测试了该算法，成功率为99%。APT将统计测试和技术与逻辑决策过程相结合，非常类似于脉冲星天文学家几十年来使用的手动决策过程，以及一些计算蛮力，以自动化孤立脉冲星相位连接的通常棘手过程，为脉冲星系统的自动拟合奠定基础。
2021-12-10 astro-ph.IM
Pulsar timing array projects
脉冲星是宇宙中已知的最稳定的旋转体之一。多年来，有些毫秒钟的稳定性可与原子钟相媲美。对许多这样的稳定恒星的观测结果进行比较，可以首次直接探测到引力波，改进太阳系行星星历，并提供一种研究地球时间尺度不规则性的手段。在这里，我们回顾了当前和未来的脉冲星定时阵列项目的目标和状态。
2009-11-04 astro-ph.IM astro-ph.SR
Detection of gravitational waves by pulsar timing
本文提出了一种新的引力波探测方法，它是基于多个天体同时计时，然后将拟合后的计时数据扩展成不同谱类（具有不同谱指数）的分量。本文用脉冲星定时阵中提出的两点角关联函数检验了随机引力波在谱分量中的存在性。这种新的方法被应用到几个毫秒的恒星的定时数据，并允许检测一个签名类似于一个预测的引力波背景在相对较高的置信水平：实验和理论两点相关$ρ=0.82\pm 0.07$之间的相关系数。
2010-12-14 astro-ph.IM
Millisecond Pulsars as Standards: Timing, positioning and communication
毫秒级卫星（MSP）在计时、定位和元数据通信方面具有很大的潜力。
2017-11-16 astro-ph.IM physics.pop-ph
Pulsar Timing at the Deep Space Network
70米深的DSN的深空间站天线14（DSS-14）在戈德斯通最近配备了仪器，使脉冲星搜索和定时操作。能够进行类似操作的系统正在DSS-63安装，并计划在DSS-43安装。戈德斯通系统是其中第一个投入使用的系统，带宽为640兆赫，从1325兆赫延伸到1965兆赫。脉冲星计时管道的初步结果显示，脉冲星B1937+21的短期残差< 100 ns。目前正在DSS-14进行调试观测，以获得几个毫秒级雷达上的TOA测量基线。
2017-03-03 astro-ph.IM
Noise in pulsar timing arrays
为了成功地利用脉冲星定时阵列探测引力波，需要全面了解脉冲到达时间噪声的物理来源和统计特性，并找出抑制噪声的方法。在本文中，我们将审查辐射计噪声，相位抖动噪声和定时噪声的脉冲星定时的噪声预算，并显示各种努力，以减少他们。我们将简要地讨论在北美纳赫兹观测站的引力波（NANOGrav）的毫秒微扰的定时残差的组件和物理原因的整体评估的结果。
2015-05-03 astro-ph.HE astro-ph.IM
Bayesian inference for pulsar timing models
毫秒双星极其规则的周期性射电辐射使它们成为研究中子星天体物理学、广义相对论和低频引力波的有用工具。这些研究要求观测到的脉冲到达时间符合复杂的时间模型，该模型描述了许多效应，如源的天体测量、脉冲星自旋的演变、双星伴星的存在以及脉冲通过星际介质的传播。在本文中，我们讨论了使用贝叶斯推断获得脉冲星定时解决方案的好处。这些好处包括验证线性化最小二乘模型拟合时，他们是正确的，和参数的不确定性的适当表征时，他们不是;纳入先验参数信息和相关噪声模型;和贝叶斯比较替代定时模型。我们描述了我们的计算设置，它结合了Tempo 2的定时模型与嵌套采样积分MultiNest。我们比较了使用贝叶斯推断和线性化最小二乘法生成的三个天线的时序解决方案：B1953+29，J2317+1439和J1640+2224，这表明了我们所讨论的各种好处。
2014-02-15 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
Gravitational-Wave Detection and Astrophysics with Pulsar Timing Arrays
我们已经开始了一个令人兴奋的引力波探测时代，因为几个世界领先的实验正在突破预期信号强度的阈值。脉冲星定时阵列（PTA）是泛银河系引力波探测器，已经在nHz- $μ$ Hz引力波波段切入宇宙弦和超大质量黑洞黑洞引力波的预期强度。这些限制导致了对宇宙进化状态的限制。在这里，我们提供了一个广泛的审查，这一领域，从如何使用卫星作为检测工具，天体物理学的不确定性来源的信号PTA的目的是看到，目前的主要挑战领域PTA工作。该评论旨在为对通过脉冲星计时进行引力波探测领域感兴趣的新各方提供最新的参考点。
2015-11-24 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
TEMPO2, a new pulsar timing package. III: Gravitational wave simulation
对脉冲星定时数据集的分析可能提供对引力波的首次直接探测。本文是描述tempo 2脉冲星计时软件包中实现的数学框架的系列文章的第三篇，报告了使用tempo 2模拟由引力波引起的计时残差。tempo 2模拟可用于提供上界的振幅的各向同性，随机，引力波背景在我们的银河系，并确定一个给定的脉冲星定时实验的灵敏度，个人，超大质量，二进制黑洞系统。
2009-01-06 astro-ph.IM astro-ph.SR
The ORT and the uGMRT Pulsar Monitoring Program : Pulsar Timing Irregularities & the Gaussian Process Realization
本研究利用ORT和uGMRT观测数据，分析17颗脉冲星的计时噪声与周期突变，首次报道多颗脉冲星的新突变事件与频率演化，提出区分突变后红噪声参数升高，提出可区分突变与强计时噪声的验证方法。
2024-10-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
Interstellar Medium Mitigation Techniques in Pulsar Timing Arrays
脉冲星定时阵列使用一组毫秒脉冲星，试图直接探测纳赫兹引力波。为此目的，高精度的定时器是必不可少的，并最终精度的顺序为100 ns的要求。星际介质中的传播效应导致脉冲星的无线电辐射被分散和散射，从而在脉冲到达地球的途中引入时间可变的延迟。如果这些延迟没有得到适当的校正，它们可能会在脉冲星的时间分析中造成重大错误。这些会议记录将审查脉冲到达时间的星际介质的影响，并提出一些用于减轻脉冲星信号的相关时间延迟的技术。校正这些延迟对于提供更高的定时精度并因此增加阵列对引力波的灵敏度是必不可少的。
2015-01-21 astro-ph.HE astro-ph.IM
Generative pulsar timing analysis
一种新的贝叶斯方法的折叠脉冲星定时数据的分析，允许同时评估的脉冲轮廓的演变，无论是在频率或时间，以及定时模型和额外的随机过程，如红自旋噪声，或分散措施的变化。我们使用“shapeland”-一个完整的正交正常的基函数，使我们能够重新创建任何物理轮廓形状的脉冲轮廓模型。然后可以将轮廓中的任何演变描述为任意数量的独立轮廓，或者使用某种函数形式。我们进行模拟比较这种方法与脉冲星时序分析的既定方法，并证明不同的进化方案之间的模型选择使用贝叶斯证据。%s我们的方法的简单性允许许多可能的扩展，例如在脉冲轮廓中包括相关噪声的模型，或者由于散射而加宽脉冲轮廓。因此，虽然它与标准脉冲星定时分析方法有明显的不同，但它对新的和当前的数据集都有明确的应用，例如欧洲脉冲星定时阵列（EPTA）和国际脉冲星定时阵列（IPTA）的数据集。
2015-01-08 astro-ph.IM
Using the pulsar timing software package, TEMPO2
本文详细介绍了在TEMPO 2脉冲星定时软件包中实现的算法，并介绍了如何使用该软件。信息给出了如何下载和安装软件，使用各种接口，模拟现实的数据集和开发软件。还描述了在预测模式中使用TEMPO 2。
2012-05-29 astro-ph.IM
Timing analysis for 20 millisecond pulsars in the Parkes Pulsar Timing Array
本文介绍了Parkes脉冲星定时阵列中20毫秒脉冲星的定时模型。通过使用较长的数据集和对非平稳噪声进行建模，这些模型中参数测量的精度比早期的结果有所提高。我们描述了一个新的噪声建模过程，并使用模拟数据证明其有效性。我们的方法包括增加年度分散措施（DM）的变化的定时模型的一些卫星。我们提出了第一个显着的视差测量PSRs J1024-0719，J1045-4509，J1600-3053，J1603-7202，和J1730-2304，以及一些后开普勒轨道参数的第一个显着的测量在六个双星系统中，由运动学效应引起的。改进的夏皮罗延迟测量结果大大改善了脉冲星质量测量，特别是分别用$M_p=1.44\pm0.07$ $M_\odot$和$M_p=1.47\pm0.03$ $M_\odot$测量PSR J 0437 -4715和J 1909 -3744。PSR J 0437 -4715的改进轨道周期导数测量结果在0.16%的精度水平，$D=156.79\pm0.25$ pc，迄今为止任何恒星的最精确的距离测量之一。
2015-10-15 astro-ph.HE astro-ph.IM
A coherent acceleration search of the Parkes multi-beam pulsar survey - techniques and the discovery and timing of 16 pulsars
在银河系平面的帕克斯多波束脉冲星巡天中，应用了一种全相干加速搜索算法来搜索以前未发现的相对论双星。搜寻工作已经发现了16颗脉冲星，包括一颗毫秒脉冲星和一颗间歇脉冲星。尽管有许多有希望的候选者，但尚未发现相对论性二元脉冲星的新发现。在这里，我们详细介绍了在我们的分析中进行的加速搜索，并为发现的每一个卫星提出了相干的定时解决方案。针对目前相对论双星的发现还不多的情况，本文还讨论了加速搜索技术及其在发现相对论双星中的有效性。
2013-01-27 astro-ph.GA astro-ph.IM
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。
2013-10-08 astro-ph.GA astro-ph.IM
The Benefits of VLBI Astrometry to Pulsar Timing Array Searches for Gravitational Radiation
精确的天体测量是成功的脉冲星计时活动的一个组成部分。天体测量参数通常通过将它们作为定时模型的参数拟合到一系列脉冲到达时间（TOA）来获得。在几年的时间跨度内测量到微秒精度的TOA可以产生亚毫弧秒精度的位置测量。然而，如果脉冲星显示出任何红色自旋噪声，则基于时间的天体测量可能会产生偏差，这可以与随机引力波背景产生的红色噪声信号进行比较。我们研究了不同光谱类型的噪声是如何被定时模型吸收的，从而导致天体测量参数的显著估计误差。我们发现，常用的技术，在红噪声（Cholesky白化）的存在下，防止噪声吸收到定时模型非常好，如果观测的时间基线超过几年，但不足以处理较短的脉冲星数据集。脉冲星优化的甚长基线干涉测量（VLBI）不依赖于定时，能够提供精确到高精度定时所需的亚毫角秒水平的位置估计。我们计算了国际天体参考系和脉冲星时间框架之间的必要转换，并定量讨论了未来几年转换将如何改进。我们发现，将VLBI天体测量到的定时模型的恒星，只有几年的定时数据存在将导致更现实的评估红自旋噪声，并可以提高幅度的引力波签名后拟合定时残差的20倍或更多。
2013-12-10 astro-ph.HE astro-ph.IM
Pulsar timing irregularities and the Neutron Star interior in the era of SKA: An Indian Outlook
有两种类型的时序不规则性出现在雷达上：毛刺和时序噪声。这两种现象都可以帮助我们探测这些奇异物体的内部。本文简要介绍了脉冲星定时不规则性的观测和理论方面的情况，以及印度对这些现象进行调查的主要结果。介绍了印度利用平方公里阵列（SKA）监测年轻中子星方案的相关性，突出了印度中子星界对即将开展的SKA工作可能作出的贡献。
2022-07-13 astro-ph.HE astro-ph.IM
Pulsar Timing Array Experiments
脉冲星计时是一种利用中子星高度稳定的自旋周期来研究物理学和天体物理学中广泛课题的技术。脉冲星定时阵列（PTA）使用一组非常精确的脉冲星作为银河系尺度的探测器，其臂在地球和阵列中的每个脉冲星之间延伸。这些具有挑战性的实验寻找由穿越我们银河系的低频引力波（GW）引起的恒星时间的相关偏差。PTA对纳赫兹频率的GW特别敏感，这使它们成为其他空间和地面探测器的补充。在这一章中，我们将描述脉冲星计时背后的方法;提供一个潜在的用途的PTA的概述;并总结目前PTA为基础的检测工作station. Most预测预计PTA成功地检测到宇宙学背景的GWs发射的超大质量黑洞双星，也有可能检测连续波发射的二进制超大质量黑洞，在未来几年内。
2021-10-03 astro-ph.HE astro-ph.IM
The Role of FAST in Pulsar Timing Arrays
500米口径球面望远镜（FAST）将成为世界领先的脉冲星定时阵列（PTA）研究望远镜之一。PTAs的主要目标是探测（并随后研究）超低频引力波，开发基于脉冲星的时间标准，并改进太阳系行星星历。FAST将具有观测已知彗星的灵敏度，信噪比将得到显著改善，并将发现大量目前未知的彗星。我们描述了如何FAST将有助于PTA的研究，并表明抖动和定时噪声将限制FAST数据集的噪声过程。抖动噪声将限制在几年的数据跨度上可实现的定时精度，而定时噪声将限制在许多年内可实现的精度。
2014-07-02 astro-ph.HE astro-ph.IM
Comparison of dynamical and kinematic reference frames via pulsar positions from timing, Gaia, and interferometric astrometry
脉冲星是一种特殊的天体，其位置可以独立于计时、射电干涉和盖亚天体测量以亚毫角秒（mas）的精度确定;因此，它们提供了一种独特的方法来监测动力学和运动学参考系之间的联系。我们的目的是评估由行星星历所代表的动力学参考系与由盖亚和VLBI通过脉冲星位置构建的运动学参考系之间的定向一致性。我们在Gaia数据发布3中确定了49颗恒星，在PSR $π$和MSPSR $π$项目中确定了62颗具有超长基线干涉测量（VLBI）位置的恒星，并搜索了这些恒星的已发表的时间解决方案。然后，我们比较了脉冲星的位置测量的定时，VLBI，和盖亚估计的星历框架相对于盖亚和VLBI参考系的迭代拟合的方向偏移。我们发现$\sim$ 10 mas的定向偏移在DE 200框架相对于盖亚和VLBI框架。我们的结果强烈依赖于在比较中使用的子集，并可能被低估的错误，在档案定时数据，反映了使用文献定时解决方案，以确定帧旋转的局限性偏见。
2022-12-14 astro-ph.IM
The Feasibility of Using Black Widow Pulsars in Pulsar Timing Arrays for Gravitational Wave Detection
在过去的五年中，通过对费米非关联源的射电观测发现的65颗双星中，约有三分之一是黑寡妇双星（BWP）。BWP是一种毫秒双星，伴星质量在0.01-0.1太阳质量之间，经常出现射电食。BWP系统中膨胀的伴星对系统施加很小的扭矩，导致轨道在很小但可测量的时间尺度上发生变化。由于增加参数的定时模型降低了灵敏度的引力波（GW）信号，需要适应许多轨道频率导数的定时数据是潜在的问题，使用BWP检测GWs与脉冲星定时阵列。使用模拟数据与多达四个轨道频率导数，我们表明，轨道频率导数拟合吸收不到5%的低频谱预期从随机引力波背景信号。此外，该结果不随轨道周期而改变。因此，我们建议，如果定时系统可以通过建模轨道频率导数，而不是由自旋频率噪声引起的，脉冲星定时阵列实验应包括BWP在其阵列。
2015-09-21 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Improving the precision of pulsar timing through polarization statistics
在迄今为止达到的最高水平的脉冲星定时精度，实验受到脉冲星固有噪声的限制。这种随机宽带脉冲调制自噪声（SWIMS）通过随机偏置测量的到达时间，从而增加均方根（rms）定时残差，限制了脉冲星定时精度。我们讨论了一种改进的方法，包括偏振辐射的信息，以消除这种偏见在测量的到达时间。J 0437 -4715在帕克斯天文台的一个星期的时间间隔的观测被用来证明一个近40%的改进与此扩展分析的均方根定时残差。通过这种方式，基于在以1341 MHz为中心的64 MHz带宽上的观测，积分超过16.78 s，我们实现了476 ns rms时序残差。在没有系统误差的情况下，这些结果导致预测的均方根定时残差为30 ns，在一个小时的积分，但是，数据是目前有限的可变法拉第旋转在地球的电离层。在这项工作中所展示的改进提供了一个机会，以增加各种脉冲星定时实验的灵敏度，例如脉冲星定时阵列，追求检测的随机背景的引力波。分数的改善是高度依赖于脉冲轮廓和随机宽带脉冲调制的自噪声的脉冲星的属性。
2013-01-11 astro-ph.HE astro-ph.IM
Search for the gravitational wave memory effect with the Parkes Pulsar Timing Array
超大质量双黑洞合并产生的引力波爆发将在时空度量上留下持久的印记。这种引力波记忆信号可以被脉冲星定时阵列检测到，作为一个毛刺事件，似乎同时发生在所有的脉冲星上。本文描述了一种可用于搜索引力波记忆信号的初始算法。我们将此算法应用于Parkes脉冲星定时阵列数据集。在数据集中没有发现明显的引力波记忆信号。
2012-10-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
Pulsar Timing Arrays: Status and Techniques
三个脉冲星定时阵列正在产生高质量的数据集。如本文所述，这些数据集被处理以1）开发基于脉冲星的时间标准，2）搜索太阳系行星星历中的误差，3）检测引力波。预计在不久的将来，通过合并现有观测和使用新的望远镜，数据集将得到显著改善。
2012-10-09 astro-ph.IM astro-ph.SR
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。
2013-09-06 astro-ph.GA astro-ph.IM
Solar-System Studies with Pulsar Timing Arrays
高精度脉冲星计时是天体物理学和基础物理学应用的核心。当对位于不同天空位置的毫秒引力波系综进行计时时，即脉冲星计时阵列（PTA），人们可以通过空间相关性来搜索超低频引力波（GW），这种空间相关性是由通过GW的时空变形引起的脉冲到达时间（TOA）。脉冲星定时模型需要使用太阳系星历（SSE）来正确预测太阳系重心的位置，即所有TOA所参考的（准）惯性系。在这里，我讨论如何在SSE中的错误可以引入相关性的TOA可能会干扰GW的搜索，可以利用PTA研究太阳系。我讨论欧洲脉冲星定时阵列和国际脉冲星定时阵列合作的背景下所做的工作。其中包括PTA数据中行星质量的最新更新，最大质量小行星质量的第一个限制，以及来自独立群体的SSE之间的比较。最后，我讨论了一种新的方法，在太阳系中的未知天体的质量设置限制，并计算PTA数据的质量敏感性曲线。
2018-02-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
Hurst parameter analysis of radio pulsar timing noise
本文分析了乌鲁木齐天文台25米射电望远镜5~8年时间跨度的54颗射电星的时间残差（噪声），并对Hurst参数进行了统计。大多数这些随机噪声被选择为具有看起来像白噪声而不是平滑曲线的定时噪声。结果进行了比较，人工系列不同的常数成对协方差。尽管出现了类似于噪声的现象，但许多时序残差序列的Hurst参数与独立序列的Hurst参数存在显著的偏离。我们的结论是，赫斯特参数可能是能够检测的时间残差的依赖性和区分混沌行为的随机过程。
2009-10-08 astro-ph.IM astro-ph.SR
A Model-Independent Determination of Red Noise in Pulsar Timing Arrivals
噪声在脉冲星信号中是普遍存在的，其中红噪声被归因于星际介质、自旋噪声和脉冲星模式变化等引起的效应。然而，红噪声并没有在所有的雷达中被检测到。使用数据集从北美纳赫兹天文台的引力波（NANOGrav），我们调查了23个卫星，并表明，评估的均方差和概率分布的定时残差可以提供一个简单的方法来确定是否存在红噪声。结果与文献报道的结果一致。提出的无模型方法可以补充通常更复杂的依赖于模型的方法来确定定时残差中的红噪声。
2023-03-02 astro-ph.IM stat.ME
Pulsar timing analysis in the presence of correlated noise
脉冲星定时观测通常是在定时残差不相关（统计上为“白色”）的假设下，用最小二乘拟合方法进行分析。脉冲星观测者很清楚，这一假设经常被打破，并在估计定时模型的参数及其不确定性时造成严重的误差。特设的方法，最大限度地减少这些错误已经开发出来，但我们表明，他们远远不是最佳的。如果残差的协方差矩阵是已知的，则可以使用白化残差和定时模型两者的线性变换来最佳地完成对时间相关性的补偿。我们采用基于协方差矩阵的Cholesky分解的变换，但变换不是唯一的。我们展示了如何估计的协方差矩阵有足够的精度，以优化脉冲星时序分析。我们还展示了如何应用这个过程来估计任何时间序列的频谱与陡峭的红色幂律谱，包括那些不规则的采样和可变的误差条，这是非常难以分析。
2011-07-27 astro-ph.IM
Wide-band timing of GMRT discovered millisecond pulsars
为了检测脉冲星定时数据中随机引力波背景的预期印记，需要对星际等离子体中自由电子密度的湍流所产生的频率相关效应进行建模。在这项工作中，我们提出了一个调查的时间变化的星际介质的一组毫秒双星（MSP）与升级的GMRT辅助下，在较低的观测频率的大部分带宽。相反，传统的窄带分析使用频率不变的模板配置文件，我们应用$PulsePortraiture$为基础的宽带时序分析，同时纠正脉冲星配置文件的演变与频率。实施基于$PulsePortraiture$的宽带定时方法，用于GMRT发现MSP以探测DM变化，导致DM精度为$10^{-4}\,pc~cm^{-3}$。在一般情况下，我们实现了类似的DM和定时精度从宽带定时相比，窄带定时与匹配的时间变化的DM。新发现的MSP在宽频率范围内的宽带定时研究突出了在低频下轮廓建模的有效性，并探讨了在脉冲星定时阵列中使用它们的潜力。
2022-08-24 astro-ph.HE astro-ph.IM
Prospects for gravitational wave astronomy with next generation large-scale pulsar timing arrays
下一代射电望远镜，即500米口径球面望远镜（FAST）和平方公里阵列（SKA），将彻底改变基于脉冲星定时阵列（PTA）的引力波（GW）搜索。我们回顾了FAST和SKA的一些特性，以及由此产生的PTA，这些特性与探测来自单个超大质量黑洞双星的引力波信号有关。
2017-11-13 astro-ph.IM
Pulsars probe the low-frequency gravitational sky: Pulsar Timing Arrays basics and recent results
脉冲星定时阵列（PTA）实验利用毫秒脉冲星阵列的时钟行为，目的是探测低频引力波。在过去的十年中，PTA实验已经在欧洲，澳大利亚和北美的团体领导下进行。这些实验使用世界上最灵敏的射电望远镜、极其精确的脉冲星计时模型和复杂的检测算法来提高PTA的灵敏度。到目前为止，还没有用这种技术探测到引力波，但是PTA的上限已经排除了一些星系形成的模型。此外，新一代射电望远镜，如500米口径球面望远镜，特别是平方公里阵列，将大大提高PTA的灵敏度。在这篇文章中，我们回顾了PTA实验的基本概念，并讨论了PTA合作的最新成果。
2018-02-14 astro-ph.HE astro-ph.IM
Bayesian pulsar timing and noise analysis with Vela.jl: the wideband paradigm
本文介绍Vela.jl软件包，首次实现脉冲星计时宽带范式，可直接从频率分辨积分脉冲轮廓同时导出到达时间和色散量测量，并用NANOGrav 12.5年数据验证。
2025-08-18 astro-ph.HE astro-ph.IM
A dynamical approach in exploring the unknown mass in the Solar system using pulsar timing arrays
太阳系星历表中的误差将导致脉冲星定时阵列残差中的偶极相关。在本文中，我们利用这些相关信号，并构建了一个贝叶斯数据分析框架来检测太阳系中的未知质量和测量轨道参数。该算法的目的是计算波形的诱导脉冲星定时残差由于未建模的对象以下的开普勒轨道在太阳系中。该算法采用贝叶斯分析套装，用于同时分析多个脉冲星的脉冲星定时数据，以搜索相干波形，评估未知物体的检测意义，并测量其参数。当物体不可检测时，我们的算法可以用来设置质量的上限。使用模拟数据集验证了该算法，并与分析计算进行了交叉检查。我们还研究了未来脉冲星定时阵列实验在探测未知物体方面的能力。我们期望未来的脉冲星计时数据能够将太阳系中的未知大质量天体限制在比$10^{-11}$轻到$10^{-12}$ $M_{\odot}$，或者将木星系统的质量测量到$10^{-8}$到$10^{-9}$的分数精度。
2018-02-15 astro-ph.EP astro-ph.IM
How to take the interstellar weather with you in pulsar timing analysis
在这里，我们提出了一个贝叶斯方法，包括离散测量的色散措施，由于星际介质在脉冲星的方向作为先验信息的分析，该脉冲星。我们使用一个简单的模拟来显示这种方法的有效性，其中包括额外的测量结果在一个显着增加的精度，可以获得的定时模型参数，并提高上限的任何红噪声的幅度在数据集中。我们表明，这种方法可以应用于没有多频数据存在于大部分的数据集，并没有同时多频数据的任何给定的观测时期。因此，将这些信息纳入即将发布的国际脉冲星定时阵列（IPTA）和欧洲脉冲星定时阵列（EPTA）数据的分析中，对于获得这些数据集中引力波信号的最具约束力的限制是非常宝贵的。
2013-12-09 astro-ph.IM
Limitations in timing precision due to single-pulse shape variability in millisecond pulsars
毫秒脉冲星的高灵敏度射频观测通常显示出脉冲星发射过程固有的随机、宽带、脉冲形状变化。这些变化引起脉冲星定时观测的抖动噪声，了解这种噪声的属性是特别重要的努力，以检测引力波与脉冲星定时阵列。我们评估的短期配置文件和定时稳定性的22毫秒的Parkes脉冲星定时阵列样本的一部分，通过检查内观察到达时间的变化和单脉冲现象。在22颗双星中的7颗中，在以大约1400 MHz为中心的波段中，我们发现最亮的观测结果受到固有抖动的限制。我们发现一致的结果，无论是检测或上限，在其他频段的抖动噪声。PSR J1909-3744显示了最低水平的抖动噪声，我们估计该抖动噪声对小时持续时间观测的到达时间的均方根误差贡献为$\sim$ 10 ns。在具有较宽脉冲和脉冲强度分布的双稳脉冲中，发现较大水平的抖动噪声。PSR J 0437 -4715中的抖动噪声在$\sim$ 2 GHz带宽上去相关。我们表明，与定时脉冲星模型的不确定性，可以改善包括物理动机的抖动不确定性。脉冲形状的变化将限制未来更灵敏的望远镜的计时精度;在为这些设施设计仪器和计时活动时，必须考虑这种噪声。
2014-06-18 astro-ph.IM astro-ph.SR
Coherent network analysis for continuous gravitational wave signals in a pulsar timing array: Pulsar phases as extrinsic parameters
超大质量黑洞双星是利用脉冲星定时阵进行引力波搜索的主要目标之一。来自这样的系统的引力波信号被参数化模型很好地表示，允许标准的广义似然比检验（GLRT）用于它们的检测和估计。然而，有一个二分法如何GLRT可以实现脉冲星定时阵列：有两种可能的方式，其中一个可以分裂的信号参数集的半解析和数值极值。早期的一篇论文（Wang等人，2014年）讨论了在地面引力波搜索中用于连续信号的方法的直接扩展，其中所谓的脉冲星相位参数在数值上最大化。在本文中，我们报告的第二种方法，脉冲星相位最大化半解析的性能的第一次研究。这种方法是可扩展的，因为剩下的参数的数量数值优化不依赖于脉冲星定时阵列的大小。我们的研究结果表明，对于相同的阵列大小（9个脉冲星），新的方法在参数估计，但不是在检测性能稍差，比以前的方法，脉冲星相位的数值最大化。性能差异的起源可能是任何网络分析方法固有的不适定性。然而，新方法的可扩展性允许通过简单地向阵列添加更多的矩阵来减轻不适定性。这一点可以通过一个更大的矩阵来明确地显示。
2016-01-22 astro-ph.IM
