Multimessenger Astronomy
结合引力辐射的多信使天文学是一个新的和令人兴奋的领域，在不久的将来可能会提供重要的结果和令人兴奋的挑战。借助先进的干涉引力波探测器（LCGT，LIGO，Virgo），我们将有机会调查引力波的来源，这些引力波也有望通过其他信使（如电磁（伽马射线，X射线，光学，无线电）和/或中微子发射）进行观察。LIGO-Virgo干涉仪网络已经被用于多信使搜索引力辐射，从而产生了对宇宙事件的见解。同时观测到的电磁和/或中微子发射可能是首次直接探测引力辐射的重要证据。事件时间，源天空位置和信号的预期频率范围的知识增强了我们搜索幅度更接近探测器噪声基底的引力辐射特征的能力。这里介绍的是LIGO-Virgo多信使探测工作的现状的总结，以及使用先进或第三代引力波探测器网络的数据可能解决的问题的讨论。
2011-05-30 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Astro 2020 Science White Paper: Joint Gravitational Wave and Electromagnetic Astronomy with LIGO and LSST in the 2020's
引力波电磁联合天文学是天文学中最有前途的研究领域之一。第一个也是唯一一个联合GW-EM事件GW 170817提供了显着的科学回报，至今仍在继续。这一领域的持续增长需要增加GW-EM联合检测的样本量。在本白皮书中，我们概述了使用一定比例的LSST调查时间用于GW触发器的专用目标机会跟踪的情况，以便有效快速地识别光学对应物。我们表明，LSST科学调查的时间轴与未来十年地基GW探测器的计划改进相匹配。随着越来越远的GW源被探测到，LSST在2020年代后半期将变得尤为重要。最后，我们强调了一些关键的科学目标，可以解决一个大样本的联合GW-EM检测。
2019-04-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
NuRIA: Numerical Relativity Injection Analysis of spinning binary black hole signals in Advanced LIGO data
引力波（GW）天文学的出现为我们提供了比X射线天文学已知的质量更大的黑洞的观测结果。然而，对中等质量黑洞（IMBH）的观测仍然是一个巨大的挑战。在他们的第二次观测运行之后，LIGO \& Virgo Scientific collaborations（LVC）对非旋进IMBH双星（IMBHB）的合并率密度设定了上限。在这篇文章中，我们探讨了LVC使用的两个搜索管道的灵敏度，从69个数值模拟的IMBHB与通用自旋的信号，其中27个有一个旋进轨道平面。特别是，我们比较匹配滤波器搜索PyCBC，和相干的模型无关的搜索技术cWB。我们发现，在一般情况下，cWB是更敏感的IMBHB比PyCBC，其差异取决于质量和旋转的源。因此，我们使用cWB将第一个上限的合并率的通用旋转IMBH二进制使用公开的数据从第一个先进的LIGO观测运行。
2020-08-22 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
A Search for Binary Black Hole Mergers in LIGO O1-O3 Data with Convolutional Neural Networks
Harvard University（哈佛大学）；The NSF AI Institute for Artificial Intelligence and Fundamental Interactions（美国国家科学基金会人工智能基础相互作用研究所）；Faculty of Arts and Sciences Research Computing, Harvard University（哈佛大学本科研究院计算研究部）；Center for Astrophysics — Harvard & Smithsonian（哈佛-史密森天体物理中心）
本研究利用卷积神经网络在LIGO O1-O3数据中检测双黑洞并合事件，实现了低延迟的引力波探测和多信使天文观测。
2026-01-27 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
IndIGO and LIGO-India: Scope and Plans for Gravitational Wave Research and Precision Metrology in India
IndIGO（印度引力波观测倡议）联合会在过去三年中提出的倡议已成为利用先进干涉仪探测器进行仪器和研究的具体计划和项目机会。有了LIGO-India的机会，这一倡议已经走上了一条有希望的道路，以显著参与引力波（GW）天文学和研究，并在印度开发和培育精密制造和测量技术。拟议的LIGO-India探测器将促进印度前沿GW研究的综合发展，并将为全球GW研究和天文学做出实质性贡献提供机会。印度主要研究和教育机构对这些发展的广泛兴趣和热情导致人们期望在LIGO-India的背景下，精密计量，仪器，数据处理和计算等方面的活动将大幅增加。我讨论的范围内的IndIGO行动计划和LIGO-India项目的背景下，这样的研究。
2015-10-16 astro-ph.IM physics.ins-det
Gravitational-wave astronomy with a physical calibration model
我们进行天体物理推断紧凑的二元合并事件在LIGO-Virgo的第一个引力波瞬变目录（GWTC-1）使用物理动机的校准模型。我们证明，重要性抽样可以用来降低成本，否则将是一个计算上具有挑战性的分析。我们表明，包括校准误差分布的物理估计对GWTC-1事件的参数推断的影响可以忽略不计。研究了匹配滤波器信噪比$\text{SNR}=200$的模拟信号，我们预计GWTC-1典型的校准误差估计对于当前一代的引力波探测器可能是可以忽略不计的。我们认为，其他来源的系统误差--从波形，先验分布，噪声建模-可能是更重要的。最后，使用GWTC-1中的事件作为标准警报器，我们推断出LIGO干涉仪校准误差估计的天体物理学改进。
2020-09-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Site Evaluation and Cost Estimation for Cosmic Explorer
The Nicholas and Lee Begovich Center for Gravitational-Wave Physics and Astronomy, California State University, Fullerton（加州州立大学富勒顿分校尼古拉斯和莉·贝戈维奇引力波物理与天文学中心）
本文提出宇宙探测器选址方法，结合物理、社会和文化因素评估选址，改进了CELS代码以降低建设成本，并整合天文要求，提供潜在选址列表。
2025-09-05 astro-ph.IM physics.ins-det
Physically motivated exploration of the extrinsic parameter space in ground-based gravitational-wave astronomy
有效的参数估计是引力波天文学的关键。在紧凑的二进制合并的情况下，高维参数空间需要有效的采样技术-如马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）。许多退化有效地降低了参数空间的维数，并且当已知时，可以使采样算法更有效地与特定问题的改进。我们提出了在本文中的一个简并涉及一个紧凑的二元聚结引力波信号的外部参数的分析描述，当数据从一个三探测器网络（如先进的LIGO/处女座）。我们使用这个新的公式来构建一个跳跃的建议，一个框架的通用采样器，以利用退化。我们显示了MCMC采样器的效率增益的引力波信号从一个紧凑的二进制合并的分析。
2014-02-01 astro-ph.IM gr-qc
Gravitational Wave Astronomy: Delivering on the Promises
既然LIGO和Virgo已经开始有规律地探测到引力波事件，引力波天文学领域开始实现它的承诺。人们已经观测到了双黑洞和最近的双中子星，我们已经从中学到了很多东西。未来，随着灵敏度的提高，更多的探测器，以及像LISA这样不同频段的探测器，更有希望为我们的探索打开宇宙完全隐藏的一面。
2018-04-17 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
GWPopulation: Hardware agnostic population inference for compact binaries and beyond
GWPopulation 是一个为引力波天文学/宇宙学设计的硬件无关的分层贝叶斯推断工具，能从致密双星并合等观测中提取天体物理信息，已被广泛用于生成 LIGO-Virgo-KAGRA 的旗舰结果。
2024-09-21 astro-ph.IM gr-qc
Transitioning from ADS to SciX to Serve 21st Century Astronomy
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian（哈佛-史密森天体物理中心）
本文介绍ADS向SciX的过渡，旨在保留天文学核心服务的同时扩展对空间与地球科学的支持，以服务21世纪天文学。
2026-09-17 astro-ph.IM
Gravitational-wave searches in the era of Advanced LIGO and Virgo
引力波天文学的领域已经被用干涉探测器进行的引力波观测所开辟。本文综述了美国激光干涉仪引力波天文台和意大利Virgo天文台目前使用的引力波探测器和数据分析方法。这些分析方法也将用于最近完成的日本KAGRA天文台。数据分析算法的目标是四类引力波之一。短持续时间，瞬态源包括紧凑的二进制合并，和突发源起源于不良的模拟或意外的来源。长持续时间源包括发射频率一致的连续信号的源，以及形成随机背景的许多未分辨源。描述潜在的来源和搜索引力波从这些类的详细。
2021-08-02 astro-ph.IM gr-qc
Correlated magnetic noise in global networks of gravitational-wave interferometers: observations and implications
引力波天文学最雄心勃勃的目标之一是观测随机的引力波背景。两个或更多个检测器中的相关噪声可以引入系统误差，这限制了随机搜索的灵敏度。我们报告的测量相关的磁噪声舒曼共振在广泛分离的LIGO和处女座探测器。我们调查的影响，这种噪音的全球网络的干涉仪，并推导出一个约束的允许耦合的环境磁场测试质量运动的引力波探测器。我们发现，虽然来自全球电磁场的相关噪声可以安全地忽略初始LIGO随机搜索，但它可能会严重影响Advanced LIGO和第三代探测器。
2013-03-11 astro-ph.IM gr-qc
GW150914: The Advanced LIGO Detectors in the Era of First Discoveries
经过重大升级，激光干涉引力波天文台（LIGO）的两个先进探测器在2015年9月至2016年1月期间进行了首次观测。在100 Hz下的应变灵敏度为$10^{-23}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$时，可观测体积和测量时间的乘积在同步观测的前16天内超过了所有先前运行的结果。2015年9月14日，先进的LIGO探测器观测到一个瞬态引力波信号，被确定为两个黑洞的合并[Phys. Rev. Lett. 116，061102（2016）]，开启了引力波天文学的时代。两个探测器同时观测到的事件GW 150914的组合信噪比为24。在这里，我们介绍了实现这种观察的探测器的主要特征。在全灵敏度下，先进的LIGO探测器的设计是为了提供另一个三倍的信噪比的改善，为二元黑洞系统类似的质量GW 150914。
2016-02-11 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
THESEUS in the era of Multi-Messenger Astronomy
最近发现的引力波源GW 170817的电磁对应物证明了多信使观测的巨大信息能力。20年代末和30年代初将是多信使天文学的成熟时代。第二代引力波探测器的合并网络，如先进的LIGO和先进的处女座，KAGRA和LIGO-India，将进一步由第三代干涉仪，如爱因斯坦望远镜和/或宇宙探测器的贡献提供动力。预计在全球引力波中可探测到的几个天体物理源将在全电磁频谱中辐射并发射高能中微子，因此需要与地面和空间高能探测器（如CTA，THESEUS，ATHENA），灵敏的中微子探测器（如KM 3 Net，IceCube-Gen 2）和大型光学设施（如E-ELT）的强大协同作用。在这份报告中，我们回顾了忒修斯在这一令人兴奋的背景下的基本作用。
2018-02-05 astro-ph.IM
Data analysis challenges in transient gravitational-wave astronomy
引力波是爱因斯坦的广义相对论预言的时空动力学的辐射解。世界范围内的一系列大规模和高灵敏度的干涉探测器不断仔细检查当地时空的几何形状，希望能探测到偏离，这将是来自遥远天体物理源的撞击引力波的信号。寻找隐藏在非平稳和非高斯仪器噪声中的罕见和微弱的引力波信号是一个特别具有挑战性的问题。我们将概述Virgo（欧洲）和LIGO（美国）迄今为止获得的数据分析技术和相关观测结果，以及这些探测器即将推出的高级版本所提供的前景。
2013-03-03 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Matching matched filtering with deep networks in gravitational-wave astronomy
我们报告了一个深度卷积神经网络的构建，该网络可以再现对二元黑洞引力波信号进行匹配滤波搜索的灵敏度。用于检测良好建模的瞬态引力波信号的标准方法是匹配滤波。然而，随着引力波探测器的低频灵敏度的提高，这种低延迟搜索的计算成本将急剧增长。卷积神经网络为信号识别提供了一种计算效率很高的方法，其中在训练过程中，在获取数据之前执行大部分计算。我们只使用白化的时间序列测量的引力波应变作为输入，我们训练和测试模拟二进制黑洞信号的合成高斯噪声代表先进的LIGO灵敏度。我们表明，我们的网络可以将信号从噪声中分类出来，其性能可以模拟应用于相同数据集的匹配滤波，同时考虑接收者-操作者特征定义的灵敏度。
2017-12-19 astro-ph.IM gr-qc
Precision requirements and innovative manufacturing for ultrahigh precision laser interferometry of gravitational-wave astronomy
随着LIGO宣布首次直接探测到引力波（GW），GW天文学正式进入我们的时代。经过一百年的理论研究和五十年的实验努力，这不仅是物理学和天文学的历史里程碑，也是工业和制造业的历史里程碑。工业的挑战和机遇是大尺寸的精密和创新制造-生产大型和均匀的光学元件，大型元件的光学诊断，大型反射镜上的高反射率介电涂层，大容量真空器件的制造，高衰减振动隔离系统的制造，高功率高稳定性单频激光器的生产，高分辨率定位系统的生产等。在这次演讲中，我们解决的要求和方法，以满足这些要求。大型光学元件的光学诊断需要大型相移干涉仪，用于LIGO光学系统测试的1.06 μm相移干涉仪就是一个例子。高质量的反射镜是激光干涉GW检测、环形激光陀螺仪、高精度激光腔稳定、量子光力学、腔量子电动力学和真空双折射测量的关键。对基材材料和涂覆方法有严格的要求。对于低温GW干涉仪，需要在蓝宝石或硅上适当的涂层以获得良好的热性能和均匀性。需要大的可调真空元件和高衰减振动系统以及有效的计量系统，并将予以解决。在空间干涉测量中，无阻力技术已经比较成熟，弱光锁相技术已经在实验室中得到验证，但弱光操控技术仍有待发展。
2016-10-11 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
The missing link in gravitational-wave astronomy: A summary of discoveries waiting in the decihertz range
自2015年以来，LIGO和Virgo的引力波观测改变了我们对致密天体双星的理解。在未来的几年里，地面引力波天文台，如LIGO、Virgo及其后继者将提高灵敏度，发现数千颗恒星质量的双星。在21世纪30年代，基于空间的LISA将提供对大质量黑洞双星的引力波观测。在地面观测站的$\sim 10$ - $10^3~\mathrm{Hz}$波段和LISA的$\sim10^{-4}$ - $10^{-1}~\mathrm{Hz}$波段之间，有一个未知的分赫兹引力波波段。我们建议建立一个分赫兹天文台来研究这个频率范围，并补充其他探测器的观测结果。分赫兹天文台非常适合观测中等质量（$\sim10^2$ - $10^4 M_\odot$）黑洞;它们将能够在恒星质量的双星合并前几天到几年探测到它们，为附近的双星中子星合并提供早期预警，并测量双星黑洞的偏心率，它们将使广义相对论和粒子物理学的标准模型成为可能。在这里，我们总结了一个德赫天文台可以提供独特的见解如何黑洞的形成和演变跨越宇宙时间，改善多信使天文学和多波段引力波天文学的前景，并使新的重力，粒子物理学和宇宙学的探测。
2021-04-29 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
OmegaNeuron: Applying GravitySpy Similarity Methods to the Search for LIGO Glitch Witnesses
California State University, Northridge（北岭加州州立大学）；University of Rhode Island（罗德岛大学）；LIGO Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院LIGO实验室）
OmegaNeuron 是一种结合 GravitySpy 图像相似性方法和 Omega Scan 暂态分析的机器学习工具，用于自动化识别 LIGO glitch 的见证通道，提升引力波观测的灵敏度和可靠性。
2026-02-26 astro-ph.IM gr-qc
Total-variation methods for gravitational-wave denoising: performance tests on Advanced LIGO data
我们评估总变分方法去噪引力波信号在真实的噪声条件下，注入从核心坍缩超新星和二元黑洞合并的数据从高级LIGO的第一次观测运行的数值相对论波形。这项工作是我们以前的调查，其中只使用高斯噪声的扩展。由于结果的质量取决于模型的正则化参数，因此我们对产生最佳结果的值进行启发式搜索。我们讨论了选择这个参数的各种方法，无论是基于最佳，平均值，或多个值，并比较这些选择的去噪结果。此外，我们还提出了一种机器学习的方法，通过自动搜索获得该方法的拉格朗日乘子。我们的研究结果提供了进一步的证据，全变分方法可以在引力波天文学领域作为一种工具，以消除噪音。
2018-06-19 astro-ph.IM astro-ph.SR gr-qc
Amplifying the Chirp: Using Deep Learning (U-Nets) to filter signal from noise in LIGO data
本文提出两种基于U-Net的深度学习方法（Noise2Clean和Noise2Noise），用于从LIGO噪声数据中滤除引力波信号，并验证了其在信号检测任务中的有效性。
2023-11-28 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Cosmic Explorer: A Submission to the NSF MPSAC ngGW Subcommittee
本白皮书介绍下一代引力波天文台 Cosmic Explorer，其灵敏度比 LIGO 高出一个数量级，将推动天文学、物理学和宇宙学领域的革命性发现。
2023-06-23 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Massively parallel Bayesian inference for transient gravitational-wave astronomy
了解瞬态引力波的性质及其来源在物理学和天文学中具有广泛的意义。贝叶斯推断是瞬态引力波天文学中天体物理测量的标准框架。通常，随机抽样算法用于估计描述实验数据的模型的参数空间上的后验概率分布。物理上最精确的模型通常伴随着大量的计算开销，这会使数据分析非常耗时，甚至可能是令人望而却步的。在某些情况下，高度专业化的优化可以缓解这些问题，尽管它们可能难以实现，并且难以推广到数据的任意模型。在这里，我们提出了一个准确的，灵活的和可扩展的天体物理推断方法：并行嵌套采样。推理的停机时间的减少几乎与在高性能计算集群上运行的并行进程的数量成线性关系。通过在高性能集群中利用数百或数千个CPU的池，可以减轻许多天体物理推断的大的壁时间，同时确保可以“开箱即用”地使用任何引力波信号模型，即，而无需额外的优化或近似。我们的方法将有助于LIGO-Virgo-KAGRA合作和更广泛的科学界对引力波进行天体物理分析。在开源引力波推断库$\texttt{pBilby}$（并行$\texttt{bilby}$）中提供了一个实现。
2020-04-27 astro-ph.IM gr-qc
Gravitational Waves and Time Domain Astronomy
宇宙的引力波窗口将在大约五年内打开，届时高级LIGO和Virgo将首次探测到高频引力波，最有可能来自紧凑的双星合并。电磁后续这些触发器，使用无线电，光学和高能望远镜，承诺在多信使时域天文学令人兴奋的机会。在接下来的十年里，对大质量黑洞合并产生的低频引力波及其电磁波的空间观测将为发现开辟更广阔的前景。这次讲习班分为两部分，主要是就引力波天文学带来的挑战和机遇进行了简短的介绍和富有启发性的讨论。本报告介绍了研讨会的重点，重点是电磁跟踪战略。
2011-11-07 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
From LIGO to Fiber- Compact Sagnac Interferometer for Gravitational-Wave Detection
本文提出了一种基于萨格纳克的光纤干涉仪，用于实现更紧凑、成本更低的引力波探测系统，以克服现有迈克尔逊干涉仪的局限性。
2025-11-23 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Characterizing Gravitational Wave Detector Networks: From A$^\sharp$ to Cosmic Explorer
本文分析了A#级LIGO探测器与宇宙探索者、爱因斯坦望远镜等新一代引力波观测台不同组网方案的科学能力，明确了各配置在定位、多信使天文及高红移源探测等方面的性能差异。
2024-02-02 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
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
The Advanced LIGO Photon Calibrators
激光干涉引力波天文台（LIGO）的两台干涉仪最近探测到了来自双黑洞系统合并的引力波。这些探测器的输出的精确校准对于观测这些事件和提取源的参数至关重要。用于校准第二代（高级）LIGO探测器对引力波响应的主要工具是基于辐射压力的系统，称为光子校准器。这些系统是为Advanced LIGO完全重新设计的，包括几个重要的升级，使它们能够满足引力波天文学新时代第二代引力波探测器的校准要求。我们报告这些先进的LIGO光子校准器的设计，实施和操作，目前提供基准位移的顺序$10^{-18}$ m/ $\sqrt{\textrm{Hz}}$的准确度和精度优于1%。
2016-08-17 astro-ph.IM physics.ins-det
Bilby: A user-friendly Bayesian inference library for gravitational-wave astronomy
贝叶斯参数估计正迅速成为引力波天文学的语言。这是一种利用引力波数据来推断源的天体物理性质的方法。我们介绍了一个用户友好的贝叶斯推断库的引力波天文学，比尔比。这个python代码提供了专家级的参数估计基础设施，具有简单的语法和工具，便于初学者使用。它允许用户对LIGO/Virgo的真实、免费数据和模拟数据进行准确、可靠的引力波参数估计。我们提供了一套的例子来分析紧凑的双星合并和其他类型的信号模型，包括超新星和残留的双星中子星合并。这些例子说明了如何改变信号模型，如何实现新的似然函数，以及如何添加新的检测器。Bilby具有使用分层贝叶斯建模进行人口研究的额外功能。我们提供了一个例子，我们推断的形状的黑洞质量分布的观测二进制黑洞合并的合奏。
2018-11-05 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Space Radio Astronomy in the next 1000001 (binary) years
射电天文学和积极探索太空是同行：两者都始于20世纪30年代的爱好者的努力，并在20世纪40年代至50年代获得了重大的技术推动。因此，为了在这个非常特别的会议上进行简短的回顾，将这些人类努力的年龄估计为1000001（二进制）年是公平的。这些年来，射电天文学家和空间探索者做出了许多富有挑战性和富有成效的协调努力。在这些成就中，可以提到几个非常成功的星载CMB观测站、三个轨道VLBI飞行任务、在迄今为止对地球观测者关闭的频谱窗口进行无线电观测的第一个例子，以及许多尚待实施的倡议，这些倡议正处于走向世界所有主要空间机构发射台的不同阶段。在这篇评论中，我将给出一个鸟瞰图的面向空间的射电天文学过去的成就，并放大到几个项目和想法，将进一步推动射电天文学的存在到人类的空间议程在未来1000001（二进制）年。根据这次会议的主题，重点将放在VLBI和SKA的空间前沿。
2012-10-30 astro-ph.IM
Bayesian inference for compact binary coalescences with BILBY: Validation and application to the first LIGO--Virgo gravitational-wave transient catalogue
引力波为观测天文学提供了一个独特的工具。虽然第一个LIGO-Virgo引力波瞬变目录（GWTC-1）包含来自黑洞和中子星双星的11个信号，但随着探测器灵敏度的提高，观测数量正在迅速增加。为了从观测信号中提取信息，必须具有快速、灵活和可扩展的推理技术。在以前的论文中，我们介绍了BILBY：一个模块化和用户友好的贝叶斯推断库，适用于解决引力波推理的需求。在这项工作中，我们证明了BILBY产生可靠的结果，从紧凑的二进制合并的模拟引力波信号，并验证它准确地再现结果报告的11 GWTC-1信号。此外，我们还为所有分析提供配置和输出文件，以便于复制、修改和将来使用。这项工作表明，BILBY已经准备好分析快速增长的致密双星聚结引力波信号。
2021-06-07 astro-ph.IM gr-qc
Searching for high-energy neutrinos in coincidence with gravitational waves with the ANTARES and VIRGO/LIGO detectors
灾难性的宇宙事件可能是引力波（GW）和高能中微子（HEN）的合理来源。GW和HEN都是另一种宇宙信使，它们可能会逃离非常致密的介质，在宇宙学距离上不受影响地旅行，携带来自天体物理引擎最内部区域的信息。出于同样的原因，这些信使也可以揭示传统光子天文学无法观察到的新的隐藏来源。要求GW和HEN检测通道之间的一致性将使得能够进行新的搜索，因为人们具有关于公共源的重要附加信息。像ANTARES这样的中微子望远镜可以精确地确定高能中微子事件的时间和方向，而像LIGO和VIRGO这样的引力波探测器网络也可以提供引力波爆发的时间/方向信息。通过结合这些完全独立的探测器的信息，人们可以搜索可能来自共同天体物理来源的宇宙事件。
2009-08-17 astro-ph.HE astro-ph.IM
Estimating parameters of coalescing compact binaries with a detector network including LIGO Australia
引力波天文学的目标之一是同时探测合并的致密天体双星的引力波信号和这些合并的电磁瞬变。随着下一代先进的地基引力波探测器正在建设中，我们研究的探测器网络的建议扩展，包括在澳大利亚的第四个网站除了汉福德，利文斯顿和Cascina网站的网络的好处。使用贝叶斯参数估计分析的模拟引力波信号从一系列的合并二进制的位置和方向，我们研究参数估计的改进。我们发现，澳大利亚的探测器可以打破退化的几个参数，特别是，本地化的源在天空中的改善了一个因素~4，更温和的改善距离和二进制倾角估计。这种增强的定位天空中源的能力对于任何寻找探测到的引力波信号的电磁对应物都至关重要。
2011-12-29 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Broadband detuned Sagnac interferometer for future generation gravitational wave astronomy
在标准量子极限（SQL）以下的量子噪声的宽带抑制成为未来一代的大型地面引力波探测器的首要问题，作为先进的LIGO项目的干涉仪，预先设计的量子噪声限制在几乎整个检测波段，分阶段。为此，在各种提出的量子噪声抑制或信号放大方法中，最复杂的方法意味着两个迈克耳孙干涉仪的所谓“木琴”配置，每个干涉仪针对其自己的频带进行优化，其组合宽带灵敏度远低于SQL。尽管很巧妙，但这是一个相当昂贵的解决方案。我们证明，改变光学方案的Sagnac干涉仪与弱失谐信号回收和频率相关的输入压缩可以做几乎一样好的工作，作为木琴显着降低支出。我们还表明，Sagnac干涉仪是更强大的光学损耗的滤波腔，用于频率相关的压缩真空注入，比一个类似的迈克耳孙干涉仪，从而降低建设成本甚至更多。
2015-03-05 astro-ph.IM gr-qc quant-ph
Identifying Cost-Favorable Locations for Cosmic Explorer
California State University, Fullerton（富勒顿加州州立大学）；Amherst College（阿默斯特学院）；University of Oregon（俄勒冈大学）；the University of Arizona（亚利桑那大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of Minnesota（明尼苏达大学）；Syracuse University（雪城大学）；Université de Montréal（蒙特利尔大学）；Australian National University（澳大利亚国立大学）
本文设计了Python软件包CELS，结合场地准备成本与探测器科学影响，为下一代引力波天文台CE在美国本土确定成本效益高的候选站点，其分析补充了相关适宜性研究。
2026-08-20 astro-ph.IM physics.ins-det
Gravity Spy: Integrating Advanced LIGO Detector Characterization, Machine Learning, and Citizen Science
随着对引力波的第一次直接探测，高级激光干涉引力波天文台（LIGO）通过提供另一种感知宇宙的方法开创了天文学的新领域。进行这种探测所需的极高灵敏度是通过将LIGO的所有敏感组件与非引力波干扰精确隔离来实现的。尽管如此，LIGO仍然容易受到各种仪器和环境噪声源的影响，这些噪声污染了数据。特别值得关注的是被称为毛刺的噪声特征，其本质上是瞬态和非高斯的，并且以足够高的速率发生，使得两个LIGO探测器之间的偶然巧合不可忽略。在本文中，我们描述了一个创新项目，该项目将众包与机器学习相结合，以帮助完成对LIGO探测器记录的所有故障进行分类的挑战性任务。通过Zooniverse平台，我们从公众中招募志愿者，将故障图像分类为预先确定的形态类别，并发现随着检测器的发展而出现的新类别。此外，机器学习算法用于在对形态学类的人类分类示例进行训练后对图像进行分类。利用这两种分类方法的优势，我们创建了一种组合方法，旨在提高每个分类器的效率和准确性。由此产生的分类和表征应该有助于LIGO科学家确定故障的原因，并随后从数据或探测器中完全消除它们，从而提高引力波观测的速度和准确性。我们使用LIGO第一次观测运行的一小部分数据来演示这些方法。
2017-02-28 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
The Missing Link in Gravitational-Wave Astronomy: Discoveries waiting in the decihertz range
引力波天文学革命始于2015年，LIGO观测到两个恒星质量黑洞的合并。在未来的几十年里，像LIGO这样的地面探测器将扩大其探测范围，发现数千个恒星质量的双星。在21世纪30年代，天基LISA将能够对银河系中心的大质量黑洞进行引力波观测。在LISA和地面观测站之间，有一个未被探索的分赫兹引力波频段。在这里，我们提出了一个分赫兹天文台来覆盖这个波段，并补充其他引力波天文台的观测结果。分赫兹波段特别适合观测中等质量（$\sim 10^2$ - $10^4 M_\odot$）黑洞，这可能构成恒星质量和大质量黑洞之间缺失的一环，为测量它们的性质提供了一个独特的机会。分赫兹观测将能够在恒星质量的双星合并并被地面探测器观测到之前几天到几年探测到它们，为附近的双星中子星合并提供早期预警，并能够测量双星黑洞的偏心率，为它们的形成提供揭示性的见解。观测分赫兹引力波也为在新的实验室中测试基础物理学提供了可能性，允许对粒子物理学的广义相对论和标准模型进行独特的测试。总的来说，德赫天文台将回答有关黑洞如何在宇宙时间内形成和演化的关键问题，为多信使天文学开辟新的途径，并推进我们对引力，粒子物理学和宇宙学的理解。
2020-07-27 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
The National Science Foundation's AST Portfolio Review of 2012 is Not Relevant to the Green Bank Telescope of 2017: A White Paper
美国国家科学基金会（NSF）天文学部2012年的投资组合审查不再与2017年的绿岸望远镜（GBT）相关，主要原因有两个，一个是仪器，另一个是天体物理：1）GBT已经开始在3毫米波段进行重要操作，使其在67-116 GHz的光谱和连续谱研究方面具有无与伦比的能力。它现在是一种全球独一无二的仪器，是美国科学界对ALMA的重要补充。在审查时，这些能力尚未落实。2)2015年LIGO对引力辐射的探测使GBT对脉冲星观测纳赫兹引力辐射的工作处于现代天体物理学的最前沿。2017年的绿岸望远镜不是2012年由艾森斯坦-米勒委员会审查的GBT，这是一项针对NSF天文学组合的审查。GBT服务于广泛的科学领域，包括物理，化学和行星研究以及天文学。除了其有据可查的知识价值外，它还具有广泛的影响。GBT在我们对引力波的理解方面取得了重大进展，核物质的状态方程，超大质量黑洞的质量，H 0的值，以及恒星形成的物理学，所有这些都是最近国家科学院研究“新世界，新视野：中期评估”中确定的天文学关键科学目标。在ALMA和LIGO时代，其他国家已经加强了他们的毫米波和厘米波设施;美国科学家能够随时使用大型填充孔径以保持研究的前沿至关重要。
2016-10-07 astro-ph.IM
Gravitational-wave astronomy requires population-informed parameter estimation
University of Nottingham（诺丁汉大学）；Universitá degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；INFN, Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰-比可卡分部）
本文提出基于人口的参数估计方法，通过联合分析观测数据减少统计不确定性并修正先验分布，从而提高引力波事件的天文学解释准确性。
2026-07-20 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Communicating the gravitational-wave discoveries of the LIGO-Virgo-KAGRA Collaboration
本文以第三次引力波暂现源目录发布活动为案例，系统介绍了 LIGO-Virgo-KAGRA 合作组织在向公众传播引力波发现及科研人员故事方面所采用的多种公众参与策略。
2024-10-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
The Accretion Explorer Interferometer (AEI) Phase I NASA Innovative Advanced Concepts Final Report
NASA/GSFC（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；University of Maryland, Baltimore Co.（马里兰大学巴尔的摩分校）；Integrated Design Center（综合设计中心）；Mission Design Lab（任务设计实验室）；RF Communications（射频通信部门）；ACS（先进概念系统部）；Electrical（电气部门）；Mechanical Systems（机械系统部门）；Flight Dynamics（飞行动力学部门）；Thermal（热控部门）；Mission Systems, Propulsion（任务系统与推进部门）；Mechanical Design（机械设计部门）；Optical Communications（光通信部门）；Instrument Design Lab（仪器设计实验室）；University of Utah（犹他大学）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Brown University（布朗大学）；The City University of New York（纽约市立大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；NASA Postdoctoral Fellow (ORAU)（NASA博士后研究员（奥尔鲁公司））；Catholic University（天主教大学）；East Asian ALMA Regional Center, NAOJ, Tokyo（东亚ALMA区域中心，日本国立天文台东京）；United States Naval Observatory（美国海军天文台）；Northwestern University（西北大学）
本研究提出仅长2公里的吸积探测器干涉仪（AEI）概念，较原MAXIM概念更可行，可实现X射线波段高分辨率成像，助力高能天体物理学关键问题研究。
2026-09-04 astro-ph.IM
Finding the origin of noise transients in LIGO data with machine learning
改进诸如Advanced LIGO和Virgo等引力波探测器收集的干涉测量数据的质量对于引力波天体物理学的成功至关重要。引力波探测器对各种非天体物理来源的扰动敏感，其特征频率在仪器的灵敏度波段内。消除破坏数据流的非天体物理伪影对于增加引力波探测的数量和统计意义以及实现对数据的精细天体物理解释至关重要。机器学习已被证明是分析天文学和相关研究领域中大量复杂数据的强大工具。我们提出了两种机器学习方法，基于随机森林和遗传编程算法，可用于确定LIGO探测器中的非天体物理瞬态的起源。我们使用两个类的瞬态与已知的仪器的起源，在第一次观测运行的先进LIGO表明，该算法可以成功地识别出真正的干涉数据中的非天体物理瞬态的起源，从而有助于减轻仪器和环境干扰的引力波搜索。虽然本文中描述的数据集是LIGO特有的，并且所采用的确切程序是唯一的，但随机森林和遗传编程代码库以及将其应用为双机器学习方法的方法完全可移植到任何数量的仪器中，其中噪声被认为是通过机械耦合产生的，其来源尚未发现。
2018-12-13 astro-ph.IM physics.data-an
Frequency-Dependent Squeezing for Advanced LIGO
2015年激光干涉引力波天文台（LIGO）首次探测到引力波，开启了引力波天文学时代。对来自更微弱或更远物体的引力波信号的探索推动了技术进步，以实现更灵敏的探测器。自2019年以来，一种先进的技术，即光的压缩态注入，被用于提高高级LIGO探测器灵敏度的散粒噪声极限，频率高于$\sim 50$ Hz。低于该频率，以辐射压力引起的反射镜运动的形式的量子反作用降低了灵敏度。为了同时减少高频处的散粒噪声和低频处的量子辐射压力噪声，需要具有低光学损耗的量子噪声滤波器腔体来旋转作为频率的函数的压缩正交。本文报道了在一个16米长的滤波腔中，观测到了旋转频率为30 Hz的依赖于频率的压缩正交旋转。为这种频率依赖的压缩真空源开发了一种新的控制方案，这里给出的结果表明，低损耗滤波器腔可以实现下一个计划升级到Advanced LIGO（称为“A+”）所需的压缩正交旋转。"
2020-03-26 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Criteria for identifying and evaluating locations that could potentially host the Cosmic Explorer observatories
本文提出了用于识别和评估可能承载下一代引力波天文台 Cosmic Explorer 的选址标准，涵盖科学、成本与可达性及社会因素，以支持其在美国建设40公里和20公里臂长的两个L形天文台。
2024-10-01 astro-ph.IM physics.ins-det
Ground-Based Gravitational-Wave Astronomy in Australia: 2019 White Paper
在过去的四年里，一场科学革命诞生了一个新的领域：引力波天文学。引力波的第一次探测--被2017年诺贝尔物理学奖认可--为广义相对论提供了前所未有的测试，同时揭示了一种以前未知的大质量黑洞，比太阳大30倍。随后从一颗合并的中子星探测到的引力波证实了中子中子星和短伽马射线暴之间的假设联系，同时提供了宇宙膨胀的独立测量。这一发现使得精确测量重力的速度成为可能，同时也揭示了重元素的起源。在撰写本文时，激光干涉仪引力波天文台（LIGO）及其欧洲合作伙伴Virgo已经公布了11个引力波事件的探测结果。新的，尚未公布的检测几乎每周公布。这个快速增长的引力波瞬变目录预计将产生对许多主题的见解，从超核密度的物质状态方程到大质量恒星的命运。3G天文台的科学潜力是巨大的，可以测量宇宙边缘的引力波，精确确定中子星的状态方程。澳大利亚有能力帮助开发所需的技术。2016-2025年澳大利亚天文学十年计划中期审查应考虑投资于澳大利亚引力波探索者的范围研究，该探索者开发并验证全球3G探测器网络所需的核心技术。
2019-12-16 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
New methods to assess and improve LIGO detector duty cycle
University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）
需要一个由三个或更多个引力波探测器组成的网络同时采集数据，以生成引力波源（如GW 170817）的良好定位的天空图。当地的地震干扰通常会导致LIGO和Virgo探测器在一个或多个组件光学腔中失去光共振，并且受影响的探测器在共振恢复之前无法获取数据。在本文中，我们使用机器学习技术来深入了解LIGO探测器光学腔在第二次LIGO-Virgo观测运行期间的预测行为。我们确定了一组最小的光学腔控制信号和数据功能，捕获干涉仪的行为，导致光谐振的损失，或锁定损失。我们使用这些通道通过监督和无监督机器学习方法准确区分失锁事件和安静的干涉仪操作时间。这项分析对LIGO探测器的组件如何导致失锁事件产生了新的见解，这可以为探测器调试工作提供信息，以减轻相关的失锁。特别是，我们发现，组件的光学腔的状态是一个更好的预测比地面运动趋势的锁定损失。我们报告的预测准确率为98%的时间之前锁定丢失，90%的时间之前锁定丢失，这表明这种方法被应用于近实时触发预防性检测器状态变化的承诺。这种方法可以扩展到目标其他辅助子系统或感兴趣的时间，如瞬态噪声或检测器灵敏度的损失。在第三次LIGO-Virgo观测运行期间及以后应用这些技术将最大限度地发挥全球探测器网络在引力波多信使天文学方面的潜力。
2020-08-07 astro-ph.IM cs.LG physics.data-an
Probing the Dark Solar System: Detecting Binary Asteroids with a Space-Based Interferometric Asteroid Explorer
随着引力波天文学的出现，利用干涉测量技术的天体物理学研究已经开始探测宇宙中以前未知的部分。在这项工作中，我们调查的潜力，一个新的干涉实验研究一组独特的引力相互作用的来源在我们的太阳系：二元小行星。我们提出了第一个研究通过引力信号探测二进制小行星。我们确定的干涉仪的灵敏度检测人口的小行星带的二元小行星。我们发现，空间的引力波探测器LISA将有微不足道的能力来检测这些源，因为这些信号将远低于LISA噪声曲线。因此，我们提出了一个4.6 AU和一个1 AU的臂长干涉仪专门用于二进制小行星探测，目标频率之间的$10^{-6}$和$10^{-4}$赫兹。我们的研究结果表明，检测的二元小行星与天基引力波干涉仪是可能的，虽然非常困难，需要大幅改善干涉技术，目前提出的天基任务。如果能够达到这一门槛，就可以用干涉仪来绘制小行星带的地图，从而对我们太阳系的演变进行新的研究。
2022-03-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Gravitational Waves: Sources, Detectors and Searches
引力波科学应该在这十年里从一个研究还没有看到的东西转变为一个成熟的天文学领域，在这个领域里，探测到的信号揭示了灾难性事件和奇异物体的性质。LIGO科学合作组织和Virgo合作组织最近完成了对引力波空前敏感的联合数据运行。到目前为止，还没有发现引力辐射（尽管数据挖掘仍在继续）。第一次探测很可能来自正在安装的第二代LIGO和Virgo干涉仪。这些新的探测器预计每年将以全灵敏度探测到约40个中子星双星系统的合并。与此同时，第三代地下干涉仪和天基干涉仪的研发工作仍在继续。与此同时，射电脉冲星界也在积极努力，通过来自天空中不同位置的射电脉冲星阵列的定时残差来探测~几nHz的引力波。随着引力波天文学曙光的临近，这篇评论主要针对感兴趣的粒子和核物理学家，描述了我们迄今为止所学到的知识以及直接发现引力波的前景。
2013-02-01 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
The Ligo-Virgo-KAGRA Computing Infrastructure for Gravitational-wave Research
本文介绍了LIGO、VIRGO和KAGRA引力波观测站为应对O4观测期增长的计算需求，构建的基于HEP计算工具的分布式计算基础设施架构及未来O5升级计划。
2023-11-21 astro-ph.IM cs.DC
Growing Pains: Understanding the Impact of Likelihood Uncertainty on Hierarchical Bayesian Inference for Gravitational-Wave Astronomy
本文研究分层贝叶斯引力波种群推断中的 Monte Carlo 统计不确定性，提出验证目录推断准确度的框架，并发现选择偏差估计是窄种群模型分析的主要瓶颈。
2023-09-28 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Denoising Gravitational Waves using Deep Learning with Recurrent Denoising Autoencoders
NCSA, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校国家超级计算应用中心）；Department of Statistics, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校统计系）；Department of Astronomy, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校天文系）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校电气与计算机工程系）
引力波天文学是现代天体物理学中一个快速发展的领域，LIGO探测器经常进行观测。引力波信号通常非常微弱，来自LIGO等探测器的数据受到非高斯和非平稳噪声的污染，通常包含可能掩盖真实信号的瞬态干扰。传统的去噪方法，如主成分分析和字典学习，对于处理这种非高斯噪声，特别是对于低信噪比的引力波信号，效果并不理想。此外，这些方法在大型数据集上计算昂贵。为了克服这些问题，我们应用最先进的信号处理技术，基于深度学习的最新突破性进展，对嵌入高斯噪声或真实LIGO噪声中的引力波信号进行降噪。我们介绍了SMTDAE，阶梯式多时间步去噪自动编码器，基于序列到序列的双向长短期记忆递归神经网络。我们展示了使用我们的无监督深度学习方法的优势，并表明，在仅使用模拟高斯噪声进行训练后，SMTDAE对嵌入真实非高斯LIGO噪声中的引力波信号实现了卓越的恢复性能。
2017-11-27 astro-ph.HE astro-ph.IM cs.LG
Astrophysics Research Organizations in the 21st Century: Database and Comparative Dashboards
Center for Astrophysics — Harvard & Smithsonian（哈佛-史密森天体物理中心）
本文通过分析21世纪天文学研究机构的发表数据，展示如何创建自定义排名和KPI仪表盘，以评估机构和国家的科研绩效变化。
2026-03-20 astro-ph.IM cs.DL physics.soc-ph
The Sensitivity of the Advanced LIGO Detectors at the Beginning of Gravitational Wave Astronomy
激光干涉仪引力波观测站由两个相距甚远的4公里激光干涉仪组成，用于探测来自遥远天体物理源的频率范围为10赫兹至10千赫的引力波。Advanced LIGO探测器的第一次观测运行于2015年9月开始，并于2016年1月结束。在100 Hz附近实现了优于$10^{-23}/\sqrt{\text{Hz}}$的应变灵敏度。了解基本和技术噪声源对于增加宇宙中的可观测体积至关重要。平均距离合并的双黑洞系统与个别质量为30 $M_\odot$可以检测到的是1.3 Gpc。类似地，双星中子星的吸气距离约为75 Mpc。与最初的探测器相比，宇宙的可观测体积分别增加了69倍和43倍。这些改进使Advanced LIGO能够探测到来自双星黑洞合并的引力波信号，称为GW 150914。
2018-02-10 astro-ph.IM physics.ins-det
