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。
2009-08-03 astro-ph.GA
Prospects for Detecting Dark Matter Halo Substructure with Pulsar Timing
现代宇宙学的一个悬而未决的问题是暗物质晕及其子结构的性质和特性。本文研究了暗物质子结构对脉冲星计时观测的引力效应。由于毫秒双星是稳定和精确的发射体，它们被认为是探测暗物质结构引力效应的可行天体物理工具。我们通过夏皮罗时间延迟（或综合萨克斯-沃尔夫（ISW）效应）和多普勒效应统计研究了这种对脉冲星计时的影响，表明后者在信号中占主导地位。对于这项任务，我们将脉冲星频率变化的功率谱与小尺度上的物质功率谱联系起来，我们使用稳定的聚类假设来计算。我们比较这个功率谱与当前和未来的观测脉冲星定时设计的引力波（GW）检测。我们的研究结果表明，虽然目前的观测无法检测到这些信号，但即将到来的平方公里阵列（SKA）的灵敏度仅比我们乐观的预测弱几分之一。
2011-09-16 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
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
Long-Term Timing of Millisecond Pulsars and Gravitational Wave Detection
本文介绍了20毫秒脉冲星（MSP）的长期计时结果。据预测，这样的时间可能会检测到引力波（GW）-一个主要的（但未经检验的）预测广义相对论。我们的研究结果表明，大多数研究的MSP具有足够的稳定性，使这样的检测实验。此外，最亮的几个源的定时数据表明，可以实现低于100 ns精度的定时，因此，在未来十年内可能会检测到GW。最后，我们使用我们的数据放置一个强大的限制的强度预测背景的GWs。
2009-06-23 astro-ph.GA
The Earth term in pulsar timing residuals is out of phase among the pulsars
我们的目的是解决一个误解，即所谓的“地球项”的脉冲星定时响应的引力波之间的一组脉冲星的相位。我们注意到，误解可能来自于地球术语是“连贯的”或“连贯地建立”的说法。我们澄清了作者在这些陈述中所说的“相干”的意思，指出“相干”并不意味着地球术语在这些恒星之间是同相的。利用由连续引力波引起的脉冲星计时残差，我们证明了地球项在不同的脉冲星之间并不一致，除了引力波源是边缘上的特殊情况，即当源的轨道倾角是$ι=π/2$或$3π/2$时。我们证明了同样的概念，使用脉冲星定时软件libstempo绘制地球条款从一组的脉冲星。
2021-08-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
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
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。
2009-12-14 astro-ph.GA
Pulsar Timing with the Parkes Radio Telescope for the Fermi Mission
我们在这里报告两年的时间使用帕克斯射电望远镜的168颗恒星。绝大多数的这类恒星都有超过10^34 erg/s的自旋光度，是费米伽马射线太空望远镜在伽马射线中探测到的主要目标候选者。我们提供了10颗正在帕克斯计时的天文卫星的星历表，这些天文卫星是费米在其运行的第一年探测到的。这些星历表，与公开可用的光子列表相结合，可以用来从费米档案中生成伽马射线轮廓。我们会应市民的要求，提供有关天文台的星历。除了定时星历，我们提出了14个小故障发生在13个卫星，其中7个没有以前已知的小故障的历史参数。帕克斯计时计划与费米观测相结合，预计将至少在未来四年内继续进行。
2009-09-30 astro-ph.GA
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
Astrophysical neutrino oscillations after pulsar timing array analyses
本文研究脉冲星计时阵列合作组报告的引力波背景对中微子味振荡的影响，并探讨近未来中微子探测器如何揭示这些效应以帮助区分nHz以下的不同引力波背景模型。
2023-12-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
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
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
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
Proving the short-wavelength approximation in Pulsar Timing Array gravitational-wave background searches
在未来几年内，脉冲星定时阵列有望探测到来自超大质量黑洞宇宙合并历史的低频引力波背景。GWB在脉冲星残差中引入了独特的相关性--脉冲的预期到达时间减去其实际到达时间。简化的假设是为了写一个解析表达式的关联函数，称为海林和唐斯曲线的各向同性GWB，这取决于角分离的脉冲星对，考虑的引力波频率，和距离的脉冲星。这就是所谓的短波长近似，我们证明这里严格和分析的第一次。
2018-09-11 astro-ph.GA astro-ph.IM
Timing of pulsars found in a deep Parkes multibeam survey
我们利用帕克斯20厘米多波束系统沿北银道面（$50^{\circ} < l < 60^{\circ}$和$|b| \lapp 2^{\circ}$）进行了一次灵敏的射电脉冲星巡天。我们在两个独立的时期观察每个位置70分钟。迄今为止，我们的分析已经发现了32个卫星，其中17个以前未知。在这里，我们总结了观测和分析，并提出了11颗双星的定时观测和另外6颗双星的发现参数。我们还提出了一个166毫秒爆发脉冲星，PSR~J1938+2213，以前发现在阿雷西博漂移扫描调查的时间解决方案。观测数据表明，该脉冲星的辐射可以用一个稳定的脉冲分量和一个典型的20- 25个脉冲周期的爆发辐射叠加来描述。其他新发现的是年轻的80.1-ms脉冲星PSR~J1935+2025，它在其定时残差中显示出大量未建模的低频噪声，以及4.2-ms脉冲星PSR~J1935+1726，它是一个低质量双星系统，具有90.7天的圆轨道。
2013-06-05 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
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
Timing Noise Analysis of NANOGrav Pulsars
我们分析了五年的阿雷西博和格林银行观测的17毫秒的脉冲星的北美纳赫兹天文台的引力波（NANOGrav）脉冲星定时阵列的定时噪声。加权自协方差的定时残差计算每个脉冲星，并与两种可能的模型进行比较的基础噪声过程。第一个模型包括红噪声，并预测自协方差是一个衰减指数作为时间滞后的函数。第二个模型是高斯白噪声，其自协方差将是δ函数。我们还进行了“最近邻”相关分析。我们发现，指数过程并不能准确地描述数据。两颗双星J1643-1224和J1910+1256表现出弱的红噪声，但其余的都是白噪声。总体上缺乏红噪声的证据意味着对（红色）引力波背景信号的灵敏度受到统计而不是系统不确定性的限制。在所有的脉冲星中，非白噪声与白噪声的比率都很低，因此我们可以增加观测的节奏或积分时间，并且仍然期望定时残差平均值的均方根减少观测时间的平方根，这是提高脉冲星定时阵列灵敏度的关键。
2013-11-14 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
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
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
Comparison of Pulsar Positions from Timing and Very Long Baseline Astrometry
脉冲星的位置可以用脉冲星定时方法和甚长基线干涉测量法（VLBI）进行高精度测量。脉冲星的时间位置参考太阳系星历，而VLBI位置参考遥远的类星体。在这里，我们比较脉冲星的位置从公布的VLBI测量与那些从脉冲星定时数据从南山和帕克斯射电望远镜，以有关的两个参考系。我们发现，时间的位置显着不同的VLBI位置（也不同的星历表之间）。在JPL星历表DE 405中发现了$2.16\pm0.33$ \，mas的黄道旋转度在统计上的显著变化，但在随后的JPL星历表中没有发现显著的旋转。由于VLBI参考源位置和天文卫星与参考源的匹配存在不确定性，我们将这两个坐标系联系起来的精度受到限制。不仅定时位置取决于计算它们时使用的星历，而且定时数据的不同段也导致不同的位置估计。这些变化是所有星历表中最常见的，但在星历表之间的10 $μ$水平上观察到轻微变化。
2017-04-01 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
