Why Gravitational Wave Science Needs Pulsar Timing Arrays And Why Pulsar Timing Arrays Need Both Arecibo and the GBT: A Response to the NSF-AST Portfolio Review from the NANOGrav Collaboration
引力波（GWs）是时空中的涟漪，已知存在但尚未被直接检测到。一旦他们成功，任何可行的引力理论的一个关键特征将得到证明，并打开了一扇新的宇宙之窗。GW天文学被命名为新世界，新视野十年报告中的五个关键发现领域之一。脉冲星定时探测GW频率，因此源类，这是无法访问的任何其他检测方法，可以唯一地约束非线性性质的广义相对论。因此，脉冲星计时是一项关键能力，具有自己的发现空间和潜力。实现这一能力需要绿岸望远镜（GBT）和阿雷西博天文台的互补功能。
2012-10-22 astro-ph.IM astro-ph.SR 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
Observing gravitational wave bursts in pulsar timing measurements
我们提出了一种观察超大质量黑洞（SMBH）合并的引力波特征的新方法。这种方法是基于一个特定类型的引力波，即引力波突发与记忆（BWM）的检测，使用脉冲星计时。我们研究了脉冲星计时残差中BWM产生的独特信号。我们表明，目前的脉冲星定时精度允许人们检测到BWM由于SMBH合并从距离高达1 Gpc（对于相同的质量10^8 Msun SMBH的情况下）。脉冲星计时精度的提高以及观测到的脉冲星数量的增加最终将导致探测到由于SMBH合并而产生的BWM信号，从而使所提出的技术与计划中的LISA任务的能力互补。
2010-02-28 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
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
Scalar charges and pulsar-timing observables in the presence of nonminimally coupled scalar fields
脉冲星计时已经成为一个著名的工具，用于探测在中子星的强场环境中对广义相对论的修正。在这里，我们调查是否标量张量理论，包括一个nonminimumly耦合标量自由度可能通过脉冲星定时测试，通过计算标量电荷进入这样的可观的。特别是，我们表明，为正值的非最小耦合$ξ$，脉冲星定时约束可能会逃避，即使在存在自发标量化。
2019-06-18 gr-qc
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
The Second International Pulsar Timing Array Mock Data Challenge
国际脉冲星定时阵列（IPTA）是一个银河系规模的引力波观测站，监测毫秒脉冲星阵列。这些引力波的时间精度使得人们可以足够精确地测量脉冲到达时间的相关变化，以搜索随机引力波背景的签名。随着我们向阵列中添加更多的引力波，并扩展数据集的长度，我们能够以更低的引力波频率进行观察。随着我们的数据集的成熟，我们正在接近一个预期检测的制度，因此测试当前的数据分析工具至关重要，新工具和技术的开发也是如此。本着这种精神，我们在这里介绍第二次IPTA模拟数据挑战赛，并简要回顾第一次。这一挑战的目的是促进脉冲星定时阵列探测工具的开发，并培养与国际引力波界的互动。IPTA模拟数据集可以在IPTA GitHub页面https://github.com/ipta/mdc2上找到。
2019-02-28 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
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。
2015-03-11 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
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
Observational constraints on light cosmic strings from photometry and pulsar timing
我们约束宇宙弦环的宇宙学密度使用两个观测签名-引力微透镜和凯撒-斯特宾斯效应。来自RXTE和CoRoT空间任务的测光以及来自帕克斯脉冲星定时阵列、阿雷西博和格林班克射电望远镜的脉冲星定时，使我们能够在广泛的张力范围内探测宇宙弦$Gμ/c^2=10^{-16}\div10^{-10}$。我们发现，脉冲星定时数据提供了最严格的限制丰富的光弦在$Ω_s \sim 10^{-3}$的水平。未来的观测设施，如平方公里阵列，将使人们能够改善这些限制的数量级。
2009-11-25 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Pulsar timing in the Galactic Center
CENTRA, Departamento de Física, Instituto Superior Técnico – IST Universidade de Lisboa – UL（里斯本大学高级技术学院物理系中心）；Departamento de Física Fundamental, Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学基础物理系）；Insituto Universitario de Física Fundamental y Matemáticas (IUFFyM), Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学基础物理与数学大学研究所）
提出一种将光子传播时间的相对论计算纳入脉冲星计时模型的新方法，并证明在强场构型中，仅使用最低阶后牛顿近似会导致显著误差，同时展示参数误估对残差的影响。
2026-05-26 gr-qc
Extending the Observational Frequency Range for Gravitational Waves in a Pulsar Timing Array
本文提出了一种利用脉冲星定时阵观测引力波的方法，将观测频率范围扩展到脉冲星的旋转频率。为此，我们从场的角度分析了扰动时空中的扰动电磁波。我们将分析应用于射电望远镜接收到的电磁波，它部分地组成了脉冲星发射的周期性电磁脉冲。为了简单的观察，考虑两个频率窗口。对于每个窗口，我们提出规范不变量，并讨论他们的意见。
2021-11-15 gr-qc
Optimal strategies for gravitational wave stochastic background searches in pulsar timing data
在未来的5~10年内，脉冲星计时实验可能探测到一个低频随机引力波背景。利用干涉引力波数据分析方法，本文提出了利用脉冲星定时阵列探测引力波背景的最佳技术。我们发现，脉冲星的距离和典型的脉冲星定时实验的引力波频率，忽略在脉冲星的度量扰动的影响不会导致显着偏离最优。我们讨论的方法设置上限使用的最佳统计，显示如何构建使用脉冲星定时阵列的天空图，并考虑与现实的分析脉冲星定时数据的几个问题。
2008-12-16 astro-ph gr-qc
Understanding the gravitational-wave Hellings and Downs curve for pulsar timing arrays in terms of sound and electromagnetic waves
随机引力波的背景下使用脉冲星定时阵列的搜索相关性的时间残差引起的背景在整个阵列中的脉冲星。广义相对论预测的各向同性、非极化引力波背景的相关特征遵循所谓的海林斯和唐斯曲线，这是一对地球-脉冲星基线之间角度的相对简单的函数。在本文中，我们给出了一个教学讨论的海林和唐斯曲线的脉冲星定时阵列，考虑更简单的类似方案，涉及声音和电磁波。我们计算这两种情况下的Hellings-and-Downs-type函数，并开发了一个适合做更一般的相关性计算的框架。
2015-03-27 gr-qc
Timing-residual power spectrum of a polarized stochastic gravitational-wave background in pulsar-timing-array observation
研究了脉冲星定时阵列在球谐空间中对随机引力波背景的观测。而不是使用夏皮罗时间延迟，我们保持萨克斯-沃尔夫视线积分的观测脉冲星的时间残差。我们推导出的定时残差的功率谱，从其中的重叠减少功能和双极球谐系数构造的SGWB强度和偏振各向异性。我们复制了以前的结果，注意到我们已经开发出一种快速算法来计算精确的重叠减少功能和双极球谐系数的线性偏振各向异性的第一次制定。我们的谐波空间的方法是有用的，为未来的脉冲星定时阵列观测上的几千颗星，并提供最佳的估计测试的统计各向同性的SGWB。
2022-01-18 astro-ph.CO gr-qc
Searching for gravitational waves from the Crab pulsar - the problem of timing noise
蟹状星云脉冲星（B 0531 +21）是目前已知的最有希望的引力波源之一。蟹状星云相对较大的定时噪声导致其相位演化偏离简单的自旋下降模型。在对蟹状星云脉冲星进行时域搜索时，需要考虑这种影响，以避免搜索效率的严重下降。Jodrell Bank Crab脉冲星星历表的检查，看看它是否可以用于跟踪相位演化的任何引力波信号从脉冲星，我们提出了一种外差的数据，考虑到相位漂移的方法。从电磁和引力观测的定时噪声的比较获得有关脉冲星的物理信息的可能性进行了讨论。最后，脉冲星毛刺所造成的其他问题进行了讨论。
2003-12-10 gr-qc
Pulsar timing array observations of gravitational wave source timing parallax
脉冲星定时阵列通过观测波对脉冲到达地球时间的微小相关影响来探测引力波。传统上已经假设引力波相锋在阵列上是平面的来评估该效应，该假设仅对距离为$R\gg2πL^2/λ$的源有效，其中$L$是阵列的物理范围，而$λ$是辐射波长。在脉冲星定时阵列（PTA）的情况下，阵列大小是脉冲星-地球距离（kpc）的数量级，而$λ$是pc的数量级。相应地，对于比$\sim100$ ~Mpc更近的点引力波源，PTA响应对脉冲星-地球基线上的源视差敏感。在这里，我们评估的PTA响应引力波点源，包括重要的波前曲率的影响。考虑到波前曲率的相对振幅和相位的定时残差与收集的卫星允许我们测量的距离，和天空的位置，源。
2010-08-02 astro-ph.CO gr-qc
Observation of polarized stochastic gravitational-wave background in pulsar-timing-array experiments
研究了脉冲星定时阵实验中偏振随机引力波背景的观测问题。将观测脉冲星的时间残差表示为一个包含脉冲星项影响的视线积分，并利用SGWB强度和偏振各向异性的重叠缩减函数（ORF）构造了一对脉冲星之间时间残差的关联函数.我们的公式提供了一个数值计算方案的高多极矩的ORF和最低时刻的ORF的SGWB线极化的第一次制定。
2021-07-01 gr-qc
Binary system delays and timing noise in searches for gravitational waves from known pulsars
大多数快毫秒双星都是双星系统，因此它们发出的任何周期性信号都会受到多普勒效应和相对论效应的调制。在这里，我们将展示如何建立良好的二元模型可以用来考虑这些影响，在搜索引力波从已知的双星系统内的恒星。影响某些脉冲星信号的一个单独的问题是定时噪声，我们展示了如何，特别是参考蟹状星云脉冲星，可以通过使用定期更新的定时星历进行补偿。
2007-06-27 astro-ph gr-qc
Scalar induced gravitational waves in light of Pulsar Timing Array data
本文通过贝叶斯分析检验脉冲星计时阵列数据与标量诱导引力波红外部分的一致性，发现其比超大质量黑洞双星引力波背景拟合更好，为标量诱导引力波提供初步证据。
2023-11-16 gr-qc
Mapping gravitational-wave backgrounds in modified theories of gravity using pulsar timing arrays
我们扩展了我们以前的工作应用CMB技术的引力波背景的映射，具有非GR偏振的背景。我们的分析和结果是在脉冲星定时阵列观测的背景下提出的，但是总体方法是通用的，并且可以很容易地应用于LIGO或eLISA观测，使用适当修改的响应函数。解析表达式的脉冲星定时响应引力波与非GR偏振的背景，允许信号被映射到整个天空中的任何所需的分辨率的自旋加权球谐分解的每一个模式。我们还推导出各种非GR偏振的脉冲星定时重叠减少函数，找到标量横向（“呼吸”）和矢量纵向偏振的各向异性背景的解析形式，和标量纵向背景的半解析形式。我们的研究结果表明，脉冲星定时观测将是完全不敏感的标量横模各向异性的极化振幅超越偶极，和各向异性的功率超越四极。类似于我们以前的研究结果，脉冲星定时观测缺乏横向无痕张量背景的张量旋度模式的敏感性，我们也发现矢量纵向背景的矢量旋度模式不敏感。
2015-06-29 gr-qc
Imprints of relic gravitational waves on pulsar timing
残余引力波（RGW）是暴胀期间产生的背景波，它会在脉冲星计时残差上留下印记。这使得RGW成为脉冲星计时探测的重要光源之一。本文讨论了激光高斯波对单颗脉冲星计时的影响，定量给出了不同模型参数下激光高斯波对单颗脉冲星计时的影响。原则上，如果现在的引力波足够强，在了解脉冲星计时残差中的固有红噪声之后，可以通过高精度计时单个毫秒脉冲星来检测它们，尽管同时观测多个毫秒脉冲星是提取引力波信号的更强大技术。我们使用宇宙微波背景（CMB）的观测值对RGW的归一化进行了修正，这导致RGW的振幅与我们以前的工作相比降低了两个数量级左右。我们利用Parkes脉冲星定时阵的最新观测数据对RGW进行了新的约束，并采用BICEP 2对CMB的张量型偏振观测所得到的张量标量比$r=0.2$作为参考值，尽管它已被否定。此外，还讨论了CMB和BBN（大爆炸核合成）对RGW的限制。
2015-11-16 astro-ph.CO gr-qc
Tests of gravity theories with pulsar timing
在过去的几年中，一组新的结果，脉冲星计时引入了更严格的约束，违反强等效原理（SEP），无论是通过直接验证的普遍性的自由降落的脉冲星在一个三星系统，或从测试的性质的引力波，特别是在各种不同质量的双星系统中的偶极引力波发射的搜索。在我们的实验中没有检测到偏离SEP。这些结果介绍了一些最严格的限制，对几类替代理论的重力和补充最近的结果从地面引力波探测器。
2022-05-09 gr-qc
Constraining alternative theories of gravity using pulsar timing arrays
地面激光干涉仪打开的引力波窗口使得许多新的引力测试成为可能，包括对偏振的第一个约束。希望在未来十年内，脉冲星计时将通过在纳赫兹频率范围内进行首次探测来扩展窗口。脉冲星计时在限制引力波偏振方面比地基干涉仪有几个优势，因为不同的视线对脉冲星提供了许多偏振模式的投影，并且增强了对纵向偏振的响应。在这里，我们表明，脉冲星定时阵列的现有结果可以用来放置纵向随机引力波的能量密度的严格限制。然而，奇怪的是，我们发现，由于这些模式的脉冲星-脉冲星相关模式的变化很大，纵向模式将是非常难以检测。脉冲星定时残差功率谱的现有上限意味着，在1/年的频率矢量纵向和标量纵向模式的振幅受到限制：${\cal A}_{\rm VL} < 4.1\times 10^{-16}$和${\cal A}_{\rm SL} < 3.7\times 10^{-17}$，而在尺度不变的宇宙学背景的能量密度的界限是：$Ω_{\rm VL}h^2 < 3.5 \times 10^{-11}$和$Ω_{\rm SL}h^2 < 3.2 \times 10^{-13}$。
2017-12-19 gr-qc
Gravitational Wave Timing Residual Models for Pulsar Timing Experiments
脉冲星计时实验是目前寻找引力波的主要手段，本文主要研究用于连续波搜索的脉冲星计时残差模型。这项工作的第一个目标是再现脉冲星计时中使用的计算和理论背后的许多基本物理和数学概念。虽然在文献中有许多参考资料，但我试图对这项研究的基本原理提供一个完全独立的解释，我希望读者会发现这是有帮助的。广义上讲，下一个目标是进一步发展目前使用的脉冲星计时模型背后的数学，以便通过脉冲星计时实验探测引力波。我分类四个制度的利益，受频率演变和波前曲率效应纳入定时残差模型。在这四种状态中，平面波模型在以前的文献中已经很好地建立。我添加了一个新的制度，我标签为“菲涅耳”，因为我表明它变得重要的重要菲涅耳数描述的引力波阵面的曲率。然后，我做了两个深入的研究。第一个预测未来脉冲星定时实验的能力，探测和测量这些菲涅尔效应。第二个模型进一步推广到宇宙膨胀的宇宙，我展示了如何哈勃常数可以直接测量最广义的脉冲星定时残差模型。这为未来的脉冲星计时实验提供了一种可能性，即能够获得纯粹基于引力波的哈勃常数测量。最后一章显示了初步采取的步骤，以扩大这项工作在未来的多普勒跟踪实验。
2023-01-05 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Millisecond and Binary Pulsars as Nature's Frequency Standards. III. Fourier Analysis and Spectral Sensitivity of Timing Observations to Low-Frequency Noise
本文讨论了孤立星和双星对低频（色）噪声的光谱敏感性。本文是分析脉冲星计时观测中的低频噪声及其对计时模型观测拟合参数影响的系列论文的第三篇。
2004-08-19 astro-ph gr-qc physics.data-an
Pulsar and cosmic variances of pulsar timing-array correlation measurements of the stochastic gravitational wave background
脉冲星时序阵列相关测量提供了一个令人兴奋的机会，以测试在宇宙学新颖的纳赫兹引力波制度的引力的性质。随机引力波背景假设为高斯随机，而天空中脉冲星对有限。这给相关测量带来了理论上的不确定性，即脉冲星采样引起的脉冲星方差和高斯信号引起的宇宙方差。我们展示了一个简单的计算的平均值和方差的Hellings-Downs相关依赖于功率谱形式主义。我们保持任意脉冲星的距离，并考虑超越爱因斯坦引力的引力波模式，以及整个光锥，从而提出了最一般的，最重要的是，数值有效的计算的方差。
2022-11-15 astro-ph.CO gr-qc
Pulsar timing array signals induced by black hole binaries in relativistic eccentric orbits
非圆轨道上的单个超大质量黑洞双星可能是快速成熟的脉冲星定时阵列实验的纳赫兹引力波源。我们发展了一种精确有效的方法来计算脉冲星定时阵列信号，由于引力波从吸入相对论偏心轨道的超大质量黑洞双星。我们的方法采用开普勒型参数解模型的第三后牛顿精确进动偏心轨道，而一个新的半解析处方提供了模型的四极阶引力波发射的影响。这些输入导致一个半解析的处方来模拟这样的信号，引起的非自旋黑洞二进制沿任意偏心率轨道螺旋。此外，我们提供了一个完整的分析处方模型脉冲星定时阵列信号从黑洞二进制沿适度偏心轨道吸气，Boetzelet等人的影响。[Phys. Rev. D 96，044011（2017）]。这些方法正在被纳入企业和TEMPO 2搜索脉冲星定时阵列数据集中存在这样的二进制文件。
2020-02-26 astro-ph.GA gr-qc
Pulsar timing residual induced by ultralight vector dark matter
我们研究质量在$10^{-23}\,\mathrm{eV}$周围的超轻矢量暗物质。在星系尺度上相干振荡的矢量场引起时空度规的振荡，其频率约为nHz，这可以通过脉冲星定时阵列检测到。我们发现矢量暗物质产生的脉冲星定时信号与标量暗物质不同，具有非平凡的角度依赖性，其最大振幅是标量暗物质的3倍。
2020-05-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Is there potential complementarity between LISA and pulsar timing?
我们开始讨论激光干涉仪空间天线（LISA）观测超大质量黑洞（SMBH）合并（质量范围为~10^6-10^8 Msun）如何与基于脉冲星定时的引力波搜索互补。我们认为玩具模型确定脉冲星的距离，利用事实，LISA SMBH inspiral观测可以把严格的参数约束存在于脉冲星定时观测的信号。我们还建议，作为未来的研究方向，使用来自最大质量（>~几个10^7 Msun）黑洞合并的LISA衰荡观测，对于这些黑洞合并来说，螺旋阶段将位于LISA带之外，作为在脉冲星计时数据中搜索合并螺旋阶段的触发器和约束。
2008-02-18 astro-ph gr-qc
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。
2010-08-18 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
A Realistic Pulsar -- Supermassive Black Hole Timing Model
Peking University（北京大学）；Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University（北京大学科维理天文与天体物理研究所）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）
本文提出一个现实的脉冲星-超大质量黑洞定时模型，用于高精度测量SMBH周围时空并探索引力理论。
2026-07-22 astro-ph.HE gr-qc
Testing Gravity Theories In The Radiative Regime Using Pulsar Timing Arrays
广义相对论预言了引力波（GW）的存在，它是具有两个偏振度和光的传播速度的时空扭曲的波。另一种理论预测更多的偏振，最多六个，以及传播速度可能偏离光速。本文回顾了最近的建议，以测试重力理论的辐射制度，通过观测全球Ws使用脉冲星定时阵列。
2011-05-27 astro-ph.HE gr-qc
On measuring the gravitational-wave background using Pulsar Timing Arrays
银河系毫秒射电望远镜的长期精确计时为测量长周期（月到年）天体物理引力波提供了巨大的希望。几个引力波观测计划，称为脉冲星定时阵列（PTA），正在世界各地进行。在这里，我们开发了一个贝叶斯算法测量随机引力波背景（GWB）的PTA数据。我们的算法有几个优点：（1）分析数据时不损失任何信息;（2）简单地消除已知函数形式的系统误差，包括脉冲星的二次自旋下降、年调制和设备变化引起的跳跃;（3）同时测量GWB谱的振幅和斜率，（4）能处理非均匀采样数据和脉冲星色噪声谱。我们使用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）模拟的似然函数进行采样。我们广泛地测试我们的方法在模拟PTA数据集，并发现该算法具有显着的优势，目前提出的同行。我们展示了脉冲星定时噪声中的所有红噪声分量的特征的重要性，通过证明红色分量的存在会显着阻碍GWB的检测。最后，我们探讨的信噪比的实验持续时间，监测的脉冲星的数量和脉冲星定时噪声的大小的依赖关系。这些参数的研究将有助于制定观测策略的PTA实验。
2009-02-11 astro-ph gr-qc
Non-Gaussian timing residual skewness in pulsar timing arrays
Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute), Leibnitz Universität Hannover（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所），莱布尼茨汉诺威大学）；Department of Physics, National Central University（国立中央大学物理系）；Institute of Physics, Academia Sinica（台湾中央研究院物理研究所）；Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica（台湾中央研究院天文及天文物理研究所）
受宇宙微波背景非高斯性搜索启发，我们研究脉冲星计时阵列中引力波背景的非高斯偏离，提出偏振框架不变模型，发现归一化偏度极小。
2026-10-05 astro-ph.CO gr-qc
Supermassive Black-hole Demographics & Environments With Pulsar Timing Arrays
在未来的3-7年内，大阵列（>50个）毫秒双星的精确计时将探测到超大质量双星黑洞的纳赫兹引力波发射。我们回顾了这些探测的科学机会，成功的要求，以及与2020年代运行的电磁仪器的协同作用。
2019-03-19 astro-ph.GA gr-qc
Optimizing Pulsar Timing Arrays to Maximize Gravitational Wave Single Source Detection: a First Cut
脉冲星定时阵列（PTAs）利用一组低定时噪声脉冲星的高精度定时来搜索微赫兹到纳赫兹频段的引力波。这样一个PTA的灵敏度取决于（a）引力波源的方向，（b）阵列中天文台的定时精度和（c）如何在这些天文台之间分配可用的观测时间。在这里，我们提出了一个简单的方法来计算的PTA的灵敏度作为一个单一的GW源的方向的函数，仅基于阵列中的天线的位置和均方根残差。我们使用这个计算，建议未来的战略，目前的北美纳赫兹天文台的引力波（NANOGrav）PTA在其目标是检测单个GW源。我们还调查了阵列灵敏度上的一个额外的脉冲星的影响，建议PTA脉冲星搜索可能是最好的方向的目标。我们证明，在单一GW源的情况下，如果我们有兴趣最大限度地提高PTA敏感的空间体积，那么在阵列已经最敏感的地方附近找到一颗新的脉冲星会有一点优势。此外，研究表明，更多的观察时间应该专门用于已经低噪音的雷达，以产生最大的积极影响PTA的敏感性。我们在http://gwastro.psu.edu/ptasm上提供了一个基于网络的敏感度映射工具。
2011-01-24 astro-ph.CO gr-qc
Pulsar timing residuals due to individual non-evolving gravitational wave sources
非演化双星源引力波引起的脉冲星计时残差受脉冲星和引力波源相对位置的影响。我们将逐一全面分析不同参数的影响。定时残差的标准偏差将使用固定一组其他参数的可变参数来计算。双星源的轨道一般假定为椭圆形。详细研究了不同偏心率对脉冲星计时残差的影响。我们发现，相关参数的影响是相当不同的，其中一些呈现出一定的重叠性。
2014-04-27 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Implication of Pulsar Timing Array Experiments on Cosmological Gravitational Wave Detection
引力波为宇宙提供了一种新的探测手段，它可以揭示许多电磁波无法观测到的宇宙学和天体物理学现象。不同频率的引力波被不同的手段探测到。其中，脉冲星计时的精密测量为光年尺度波长的引力波提供了天然的探测器。本文首先介绍了利用脉冲星定时阵探测随机引力波背景的基本框架，然后对NANOGrav 12.5年观测结果进行了可能的解释。
2021-05-17 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Detecting Chiral Gravitational Wave Background with a Dipole Pulsar Timing Array
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学杭州高等研究院）；School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学天文与空间科学学院）；Institute of Fundamental Physics and Quantum Technology, Ningbo University（宁波大学基础物理与量子技术研究所）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo（东京大学宇宙木理论研究所）；Asia Pacific Center for Theoretical Physics（亚太理论物理中心）；Leung Center for Cosmology and Particle Astrophysics, National Taiwan University（台湾大学梁氏宇宙学与粒子天体物理学研究中心）；Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）
本文提出双极脉冲星定时阵列系统，通过交叉相关信号推导重叠减少函数，发现其对纳赫兹范围的手性引力波背景具有灵敏度，并扩展了引力波背景探测的频率范围。
2026-04-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on the massive graviton dark matter from pulsar timing and precision astrometry
研究了窄带各向同性随机GW背景对脉冲星定时和天体测量的影响。这样的背景出现在一些引力理论中。我们发现，现有的毫秒脉冲星定时精度（$\sim 0.2 \rm{μs}$）强烈约束可能的观测结果的大质量引力理论与自发洛伦兹制动\cite{dtt:2005}，基本上排除了显着的贡献，本地暗晕密度的大质量引力子。现今天体测量的精确度（$\sim 100 \rm{μas}$）对这一理论的限制不那么严格。
2008-11-18 astro-ph gr-qc hep-ph
Searching for Bispectrum of Stochastic Gravitational Waves with Pulsar Timing Arrays
研究了如何利用脉冲星定时阵探测随机引力波的双谱。双谱是探索随机引力波起源的关键。特别是，双谱的形状携带有价值的信息的膨胀模型。我们表明，一个适当的过滤器功能的三点相关性，使我们能够提取一个特定的配置的动量三角形的双谱。计算了重叠减少函数，讨论了多个双谱的检测策略。
2019-03-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Asymptotic tails of massive gravitons in light of pulsar timing array observations
本文研究大质量引力子的晚期振荡尾部对极长波长引力波的潜在贡献，并指出其对脉冲星计时阵列观测的影响相对较小，主要辐射来自银河系内黑洞。
2024-05-06 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Pulsar Timing Residual induced by Wideband Ultralight Dark Matter with Spin 0, 1, 2
超轻暗物质在$10^{-23}$ eV附近质量区域的相干振荡引起引力势的变化，频率在纳赫兹范围内。已知这种效应会在脉冲星计时残差中产生单色信号。在这里，我们讨论了一个多场的情况下，产生一个宽频谱的频率，这样的超轻粒子振荡可以模仿脉冲星定时信号的随机共谱过程。我们讨论了具有不同自旋的超轻暗物质如何在脉冲星定时残差上产生如此宽的谱带，并进行了贝叶斯分析来约束参数。事实证明，NANOGrav探测到的随机背景可以与宽带超轻暗物质相关联。
2022-08-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Subluminal stochastic gravitational waves in pulsar-timing arrays and astrometry
通过脉冲星计时和天体测量探测低频引力波的随机背景，将使超越广义相对论的引力理论得到检验。这些理论通常允许非爱因斯坦偏振模式的引力波，其传播速度可能比光速慢。我们使用的总角动量波形式主义，以获得相关的脉冲星定时阵列和天体测量，产生的背景下的引力波与标量，矢量，或张量极化的观测角相关模式。我们发现，脉冲星定时观测的标量纵模，发散与源距离的流明极限，是有限的亚光速的情况下。此外，我们将我们的结果应用到$f(R)$重力，它包含了大量的标量自由度，除了标准的横向无痕模式。这个$f(R)$理论中的标量模是标量-纵模和标量-横模的线性组合，对于脉冲星定时阵列只激发偶极子和偶极子，对于天体测量测量只激发偶极子。
2021-01-25 astro-ph.GA gr-qc hep-ph
No Pulsar Timing Noise from Brownian Motion of the Sun
本文反驳了小行星扰动太阳运动可解释脉冲星计时阵列引力波背景的论点，指出该机制会产生可被探测并排除的偶极信号。
2024-09-21 astro-ph.EP astro-ph.SR gr-qc
Pulsar Timing Noise from Brownian Motion of the Sun
研究指出太阳受未建模主带小行星随机引力作用及大行星质量估计误差影响而产生布朗运动，可形成最高达PTA纳赫兹信号20%的脉冲星计时噪声，需改进小行星建模。
2024-06-05 astro-ph.EP astro-ph.SR gr-qc
Pulsar timing arrays as imaging gravitational wave telescopes: angular resolution and source (de)confusion
脉冲星定时阵列（PTA）将对有限数量的引力波（GW）“点”源（例如超大质量黑洞双星）敏感。N个具有精确已知距离d_{pulsar}的安静谱标可以表征每个频率点上2N/7个远距离啁啾源Δ f_{gw} =1/T，并以“衍射极限”精度δθ \gtrsim（1/SNR）（λ_{gw}/ d_{pulsar}）对它们进行定位。即使脉冲星距离知之甚少，具有F个频率仓的PTA仍然可以表征每个仓的（2N/7）[1-（1/2F）]个源，并且GW源附近的定时残差的准奇异模式仍然允许源在天空上围绕它的安静的脉冲星的大致最小四边形内准拓扑地定位，下至极限分辨率δθ \gtrsim（1/SNR）\sqrt{λ_{gw}/d_{pulsar}}。即使在最低频率下，PTA也不会混淆，匹配滤波总是合适的。
2013-03-12 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Pulsar timing array sensitivity to anisotropies in the gravitational wave background
本研究利用脉冲星计时延迟的全协方差矩阵评估PTA对引力波背景各向异性的灵敏度，发现未来可实现低多极矩百分比级精度，且各向异性与Hellings-Downs角相关性可独立重建。
2024-08-30 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
