Weighing The Evidence For A Gravitational-Wave Background In The First International Pulsar Timing Array Data Challenge
我们描述了第一次国际脉冲星定时阵列数据挑战的分析。我们采用van Haasteren开发的一个强大的，无偏的贝叶斯框架来研究三个开放和封闭数据集，测试每个数据集的各种模型，并使用MultiNest来恢复贝叶斯模型选择的证据。使用自适应MCMC技术的参数约束的青睐的模型进行确认。我们对闭合1的结果支持引力波背景，其在f=1 yr-1时的应变振幅A为（1.1 +/- 0.1）x 10^{-14}，功率谱指数γ =4.30 +/- 0.15，并且没有证据表明存在红色定时噪声或单源。闭合2的证据支持引力波背景，A=（6.1 +/- 0.3）x 10^{-14}，伽马=4.34 +/- 0.09，没有红色定时噪声或单一来源。最后，Closed 3的证据支持红色定时噪声和引力波背景的存在，没有单一来源。背景的性质为A=（5 +/- 1）x 10^{-15}和伽马=4.23 +/- 0.35，而红噪声的性质为N_{red} =（12 +/- 4）ns和gamma_{red} =1.5 +/- 0.3。在所有的情况下，恢复的背景的红色是一致的源人口的吸入超大质量黑洞二进制文件。我们还研究了数据集的下采样对参数约束和运行时间的影响。最后，我们提供了一个证明的原理研究的能力，本文中使用的贝叶斯框架重建的角度相关的引力波背景引起的定时残差，比较这到海林斯和唐斯曲线。
2012-12-18 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
The application of co-integration theory in ensemble pulsar timescale algorithm
与单颗脉冲星相比，采用多颗脉冲星并采用适当的算法建立脉冲星时间尺度可以减小各种噪声对脉冲星时间尺度长期稳定性的影响。然而，由于某些脉冲星的计时精度较低，且存在明显的红噪声，它们在整体脉冲星时标构建中的参与往往受到限制。受协整理论求解非平稳序列建模原理的启发，提出了一种基于协整理论的脉冲星系综时标建立算法。结果表明，当脉冲星数据之间存在协整关系时，该算法可以有效地抑制噪声源。与经典的加权平均算法不同，协整方法为脉冲星中的强红噪声提供了参与建立脉冲星总体时标的机会。基于北美纳赫兹引力波观测数据，我们发现协积分算法可以成功地抑制几种定时噪声，提高脉冲星集合时标的长期稳定性。
2019-02-19 astro-ph.IM
Applying Bayesian Inference to the first International Pulsar Timing Array data challenge
这是我用来分析IPTA挑战1数据集的技术的一个非常简短的总结。我尝试了很多方法，失败的比成功的多，但最终我发现了两种方法，它们似乎是基于使用开放数据集进行的测试。一种方法直接使用时域数据，另一种方法使用数据的专门构造的傅立叶变换。通过TEMPO 2运行原始数据，以产生用于分析的减少的定时残差。使用标准马尔可夫链蒙特卡罗技术从模型参数的后验分布函数产生样本。模型参数包括阵列中每个脉冲星的引力波振幅和谱斜率，以及白噪声振幅。虽然红色时序噪声仅包含在数据集3中，但我发现有必要在所有分析中包含有效的红色噪声，以解释TEMPO 2时序拟合引入的一些杂散效应。这为每个脉冲星增加了一个额外的振幅和斜率参数，所以我的36个脉冲星残差的整体模型有110个参数。作为使用有效红噪声模型的替代方案，我还尝试在寻找引力波信号的同时，同时重新拟合时序模型模型，但由于目前尚不清楚的原因，这种方法并不十分成功。我简单地评论一下可以改进算法的方法。我对三个封闭（盲）数据集中引力波振幅的最佳估计是：（1）$A=(7.3\pm 1.0)\times 10^{-15}$ ;（2）$A=(5.7\pm 0.6)\times 10^{-14}$ ;（3）$A=(4.6\pm 1.3)\times 10^{-15}$。
2012-09-28 astro-ph.IM gr-qc
The International Pulsar Timing Array checklist for the detection of nanohertz gravitational waves
本文提出国际脉冲星计时阵列（IPTA）用于验证纳赫兹引力波探测声明的正式检查清单，涵盖赫林斯-唐斯曲线验证、跨PTA数据交叉检验及探测委员会审查流程，为未来可信探测提供路线图。
2023-06-01 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
The International Pulsar Timing Array: First Data Release
中子星的高稳定自旋可用于各种天文物理研究。特别地，具有毫秒量级的旋转周期的微扰器阵列可以用于检测相关信号，诸如由引力波引起的那些信号。在过去的几十年里，三个这样的“脉冲星定时阵列”（PTA）已经在世界各地建立起来，并共同组成了“国际”PTA（IPTA）。在本文中，我们描述了第一次联合分析的数据从三个区域PTA，即第一个IPTA数据集。我们描述了现有的PTA数据，目前遵循的方法，其组合，并建议改进未来的PTA研究。特别注意的是微妙的细节（如低估的测量不确定性和长周期噪声），往往被忽视，但在这个前所未有的大和不均匀的数据集变得重要。我们确定并详细描述了IPTA研究复杂化的几个因素，并为未来的脉冲星计时工作提供了建议。这里提供的第一个IPTA数据发布（可在线获得）用于证明IPTA将单个PTA设置的引力波限制提高约2倍的潜力，并提供1年^{-1}频率下1.7x10^{-15}的随机GWB无量纲振幅的2-sigma限制。这比（Shannon et al. 2015）提出的限制少1.7倍，主要是由于他们使用了更新的高质量数据。
2016-02-11 astro-ph.IM
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
Development of a pulsar-based timescale
利用Parkes脉冲星定时阵列（PPTA）项目的观测数据，我们开发了第一个基于脉冲星的时标，其精度可与国际原子时标的不确定性相媲美。我们的恒星系综提供了一个类似于自由原子时标Echelle Atomique Libre（EAL）的Ensemble脉冲星标度（EPS）。EPS可用于检测原子时标的波动，因此可能导致地球时间TT（PPTA11）的新实现。我们成功地跟踪了已知影响国际原子时间表（TAI）频率的特征，发现TT（PPTA11）和TT（BIPM 11）之间存在轻微的显著差异。我们讨论的各种现象，导致相关信号的脉冲星定时残差，因此限制了脉冲星时标的稳定性。
2012-08-17 astro-ph.IM astro-ph.SR
The International Lunar Reference System
Observatoire de la Côte d’azur, University Côte d’Azur, CNRS（蔚蓝海岸观测站，蔚蓝海岸大学，法国国家科学研究中心）
该研究针对月球探测加速下PNT标准化需求，提出采用GNSS相关方法构建符合IERS标准的ILuRF2026，为月球PNT框架提供弹性支持。
2026-07-31 astro-ph.EP astro-ph.IM
STROBE-X: A probe-class mission for X-ray spectroscopy and timing on timescales from microseconds to years
我们描述了光谱时间分辨观测宽带能量X射线（STROBE-X），探测器级的任务概念，将提供一个前所未有的X射线天空的看法，执行定时和光谱在宽的能量带（0.2-30千电子伏）和广泛的时间范围从微秒到几年。STROBE-X包括两个窄视场仪器和一个宽视场监视器。软或低能量带（0.2-12 keV）由一组轻型光学器件（3 m焦距）覆盖，这些光学器件将入射光子集中到小型固态探测器上，具有CCD级（85-175 eV）能量分辨率、100 ns时间分辨率和低背景速率。这项技术已经为NICER充分开发，并将扩大规模，以利用STROBE-X的更长焦距。高能带（2-30 keV）由为欧洲LOFT任务概念开发的大面积准直硅漂移探测器覆盖。每种仪器的有效面积都将比其前代仪器（软频带中的NICER和硬频带中的RXTE）提高一个数量级。最后，STROBE-X提供了一个灵敏的宽视场监视器（WFM），既可以作为X射线瞬变的定点观测的触发器，也可以提供可变X射线天空的高占空比、高时间分辨率和高光谱分辨率监视。WFM的灵敏度约为RXTE全天空监视器的20倍，可实现多波长和多信使调查，并具有较大的瞬时视场。这一任务概念将提交2020年十年期调查供审议。
2018-07-03 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
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
Pulsar timing solutions for 17 pulsars at 150 MHz from the Irish LOFAR station
ASTRON, The Netherlands Institute for Radio Astronomy（荷兰射电天文研究所）；School of Physics, Trinity College Dublin（都柏林三一学院物理学院）；Astronomy & Astrophysics Section, School of Cosmic Physics, Dublin Institute for Advanced Studies, DIAS Dunsink Observatory（都柏林高等研究院宇宙物理学院天文学与天体物理学系邓辛克天文台）
利用爱尔兰LOFAR站对33颗候选脉冲星进行跟踪观测，成功获得17颗脉冲星在150 MHz的相干计时解，其中7颗为首次报告，展示了国际LOFAR站作为单望远镜进行脉冲星计时和特性研究的能力。
2026-05-22 astro-ph.HE 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
The International Pulsar Timing Array second data release: Search for an isotropic Gravitational Wave Background
我们在国际脉冲星定时阵列的第二次数据发布中搜索了各向同性随机引力波背景，国际脉冲星定时阵列是一个全球合作，综合了北美，欧洲和澳大利亚的十年长度脉冲星定时活动。在我们对$h_c = A(f/1\,\mathrm{yr}^{-1})^α$形式的幂律应变谱的参考搜索中，我们发现了振幅$A = 3.8^{+6.3}_{-2.5}\times10^{-15}$和谱指数$α= -0.5 \pm 0.5$的谱相似低频随机过程的强有力证据，其中不确定性代表95\%的可信区域，使用来自阵列中的谱元之间的自相关和互相关项的信息。对于$α= -2/3$的光谱指数，正如从吸入超大质量黑洞双星的人口预期的那样，恢复的振幅是$A = 2.8^{+1.2}_{-0.8}\times10^{-15}$。尽管如此，没有显着的证据表明，将指示引力波origination.We的海林斯唐斯相关性也分析了来自各个脉冲星定时阵列的组成数据在一个一致的方式，并清楚地表明，合并的国际数据集更敏感。此外，我们证明，这种组合的数据集产生可比的约束，最近的单阵列数据集，有更多的数据比组合的组成部分。未来的国际数据发布将提高对引力波辐射的灵敏度，并显著提高探测概率。
2022-01-11 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
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
Resolving discrete pulsar spin-down states with current and future instrumentation
对脉冲星定时噪声的理解，为提高大量脉冲星的定时精度以及促进我们对脉冲星磁层的理解提供了可能。对于某些源，定时噪声可归因于脉冲星在两个不同的自旋下降速率$(\dotν)$之间的切换。这样的转变可能是常见的，但是使用当前技术难以解决。在这项工作中，我们使用模拟的$\dotν$ -变量的分子来研究解决个人$\dotν$过渡的可能性。我们在$\dotν$的值中注入阶跃变化，具有宽范围的振幅和切换时间尺度。然后，我们试图重新检测这些过渡使用标准的脉冲星定时技术。脉冲到达时间精度和观测节奏是变化的。限制$\dotν$可检测性的基础上的影响，这样的过渡上的定时残差的推导。与典型的节奏和当前的定时程序的定时精度，我们发现我们是不敏感的$Δ\dotν$参数空间，其中包括小，短时标开关的大区域。我们发现，在旋转和发射状态相关，使用脉冲形状的变化来估计$\dotν$过渡时期，可以提高在某些情况下的可探测性。的节奏上的$Δ\dotν$可检测性的影响进行了讨论，我们与一个已知的人口的间歇性和模式切换的pesticars进行比较。我们的结论是，对于短时间尺度，小开关，节奏不应该受到损害时，新一代的超灵敏射电望远镜在线。
2018-01-17 astro-ph.HE astro-ph.IM
The MeerKAT Pulsar Timing Array: First Data Release
我们目前的第一个2.5年的数据从MeerKAT脉冲星定时阵列（MPTA），MeerTime的一部分，MeerKAT大型调查项目。MPTA的目标是精确测量南半球可见的88个脉冲星的集合的脉冲到达时间，目的是作为国际脉冲星定时阵列的一部分，为搜索、探测和研究毫微微赫兹频率的引力波做出贡献。该项目使用MeerKAT望远镜，并使用L波段接收器以两周的典型观测周期运行，该接收器记录856-1712 MHz的数据。我们提供了一个全面的描述的观测系统，软件和管道使用和开发的MeerTime项目。作为本次数据发布的一部分，提供的数据产品来自于2019年2月至2021年10月MeerTime计划开始期间至少进行了$30$观测的78个卫星。这些包括子频带和频带平均到达时间，以及初始定时星历，噪声模型和用于导出脉冲到达时间的频率相关标准模板（肖像）。考虑到数据中检测到的噪声过程后，频率平均残差的$67$的频谱实现了均方根残差精度为$< 1 μ\rm{s}$。我们还提出了一种新的时钟校正波形的恢复完全从脉冲星定时残差，并探索到国际脉冲星定时社区感兴趣的初步研究结果。到达时间，标准和完整的斯托克斯参数校准脉冲星定时档案是公开的。
2022-12-09 astro-ph.HE astro-ph.IM
New advances in the Gaussian-process approach to pulsar-timing data analysis
在这项工作中，我们回顾了高斯过程的理论在脉冲星定时数据分析中的噪声建模的应用，我们推导出各种有用的和优化表示的似然表达式，需要在脉冲星定时阵列数据集上的贝叶斯推断。由此产生的观点和形式主义导致我们两个改进的参数采样方案的启发吉布斯采样。新方案的链自相关长度大大低于目前用于脉冲星定时数据分析的马尔可夫链蒙特卡罗方法，可能会加快贝叶斯推断的数量级。新方案可用于全噪声模型分析的大型数据集组装的国际脉冲星定时阵列合作，这提出了一个严重的计算挑战，现有的方法。
2014-07-07 astro-ph.IM gr-qc
Using Swarm Intelligence To Accelerate Pulsar Timing Analysis
我们提供了一个粒子群优化的方法来约束在第一次国际脉冲星定时阵列数据挑战的随机引力波背景的属性简要说明。该技术采用了许多计算代理，探索参数空间，记住他们的最佳位置，并与所有其他代理共享此信息。正是这种信息共享加速了所有代理在非常短的迭代次数内收敛到全局最佳位置。误差估计也可以通过将多变量高斯拟合到所有访问点的记录适应度来提供。
2012-10-12 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
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
Hyper-efficient model-independent Bayesian method for the analysis of pulsar timing data
本文提出了一种新的与模型无关的方法，用于脉冲星定时数据的分析和各向同性引力波背景（GWB）谱特性的估计。我们表明，通过重新措辞的可能性，我们能够消除通常与这种类型的数据分析的计算成本最高的方面。当应用于国际脉冲星定时阵列模拟数据挑战数据集，这导致约2至3个数量级的速度比既定的方法。我们提出了新的可能性的三个应用。在低信噪比条件下，我们直接从GWB信号实现的功率谱系数中采样。在高信噪比的情况下，数据可以支持大量的系数，我们从各个信号和GWB信号实现的功率谱系数的联合概率密度进行采样。关键是，在这两种情况下，我们都不需要对GWB或单个频谱的功率谱形式做出任何假设。最后，我们提出了一种方法来表征天空中的GWB之间的空间相关性，不作任何假设的形式，相关性，因此提供了唯一真正的一般贝叶斯方法确认GWB检测脉冲星定时数据。
2013-06-25 astro-ph.IM
Searching for continuous Gravitational Waves in the second data release of the International Pulsar Timing Array
国际脉冲星定时阵列第二次数据发布是全球合作数据集的组合。在这项研究中，我们寻找连续波：引力波信号产生的个别超大质量黑洞双星在本地宇宙。我们认为双星的圆形轨道和忽略的轨道频率的观测跨度的演变。我们没有发现这样的信号的证据，并设置天空平均95%的上限，其幅度H 95。最灵敏的频率为10 nHz，h 95 = 9.1 10-15。由于改进了观测的有效节奏，我们在PTA波段的低频和高频达到了迄今为止的最佳上限。在我们的分析中，我们考虑了最近发现的常见红噪声过程，它在低频下有影响。我们还发现，在一些雷达数据中存在的特有的噪声特征必须考虑到，以减少虚警。我们表明，使用自定义的噪声模型是必不可少的搜索连续的引力波信号和设置上限。
2023-03-19 astro-ph.IM gr-qc
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
From Spin Noise to Systematics: Stochastic Processes in the First International Pulsar Timing Array Data Release
我们分析了49个脉冲星的随机特性，包括第一个国际脉冲星定时阵列（IPTA）的数据发布。我们使用贝叶斯方法，进行模型选择，以确定在每个脉冲星的随机信号的最佳描述。除了自旋噪声和色散测量（DM）的变化，这些模型可以包括一个单一的观测系统，或频带的独特的定时噪声。我们表明，改进的无线电频率覆盖范围和存在重叠的数据从不同的观测系统在IPTA数据集，使我们能够分离系统和频带相关的影响，更大的功效比在个人PTA数据集。例如，我们表明，PSR J1643 $-$ 1224，除了DM的变化，显着的频带相关的噪声，是在PTA之间的相干，我们解释为来自电离星际介质中的时变散射或折射。如果不能对这些不同的贡献进行适当的建模，可能会极大地改变对残差中观察到的随机信号的天体物理学解释。在某些情况下，自旋噪声信号的谱指数可以从1.6到4不等，这取决于模型，这对脉冲星对随机引力波（GW）背景的长期敏感性有直接影响。然而，通过使用更合适的模型，我们可以大大提高脉冲星对GW的灵敏度。例如，与仅包括DM变化和自旋噪声的模型相比，在PSR J0437 $-$ 4715数据集中包括系统和频带相关信号将基准GW背景的上限提高了$\sim 60\%$。
2016-02-16 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Null stream analysis of Pulsar Timing Array data: localisation of resolvable gravitational wave sources
超大质量黑洞双星预计将在纳赫兹频段产生GW信号，可能在未来几年被PTA检测到。该信号由随机和单独可分辨的分量组成。在这里，我们开发了一个通用的贝叶斯方法的基础上的建设的零流，取消了一部分的信号共同为每个脉冲星（地球术语）的分析可分辨的来源。对于$N$天线阵列，存在消除来自特定天空位置的GW信号的$N-2$独立空流。这种方法被应用于经历绝热内旋的准圆双星的定位。我们进行了一个系统的调查的缩放的定位精度与信号强度和数量的pathars在PTA。此外，我们发现，源天空定位与国际PTA数据发布之一是远远优于其组成区域PTA所取得的。
2019-07-16 astro-ph.IM
Model-based asymptotically optimal dispersion measure correction for pulsar timing
为了达到探测引力波所需的灵敏度，脉冲星计时阵列实验需要尽可能多地消除计时数据中的噪声。噪声的主要量可能是由于色散测量的变化。为了纠正这种变化，我们开发了一种统计方法的启发，极大似然估计和最优滤波。我们的方法包括两个主要步骤。首先，通过时域谱分析测量色散测量变化的谱指数和幅度。其次，基于第一步中找到的模型参数构造线性最优滤波器，并用于提取色散度量变化波形。与现有方法相比，该方法具有更好的时间分辨率，用于研究短时间尺度的色散变化，并且通常产生较小的波形估计误差。由于该方法具有时域特性，因此可以处理不规则的采样数据而无需任何插值。此外，它还提供了将波形估计内插或外推到没有数据可用的区域的可能性。使用模拟数据集的例子包括示范。
2014-04-08 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
Pulsar Timing and its Application for Navigation and Gravitational Wave Detection
脉冲星是天然的宇宙时钟。在较长的时间尺度上，它们的精确度可以与地球上的原子钟相媲美。使用一种称为脉冲星计时的技术，精确测量脉冲到达时间可以实现许多应用，从测试重力理论到探测引力波。此外，一个适合于自主空间导航的外部参考系可以由导航卫星定义，将其用作自然导航信标，这与使用全球定位系统卫星进行地球上的导航没有什么不同。通过将在航天器上测量的脉冲到达时间与在参考位置（例如太阳系重心）处的预测脉冲到达时间进行比较，可以自主地确定航天器位置，并且在太阳系内和太阳系以外的任何地方都具有高精度。我们描述了独特的性能，建议这样的导航系统，将有其应用在未来的导航。我们还描述了正在进行的实验，利用类钟的性质，“建造”一个银河系大小的引力波探测器的低频（f_GW ~ 1 E-9 - 1 E-7 Hz）引力波。我们提出了目前的状况，并提供了未来的展望。
2017-05-31 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
Science with the Next-Generation VLA and Pulsar Timing Arrays
脉冲星定时阵列（PTA）可用于探测和研究纳赫兹波段的引力波（即，波长为光年量级）。这需要来自敏感、仪器稳定的望远镜的高精度、长达数十年的数据集。NANOGrav及其在国际脉冲星定时阵列联盟的合作者即将首次探测到超大质量双黑洞产生的随机背景，这种黑洞是通过大质量星系合并形成的。与SKA相比，通过提供具有精致灵敏度和更高频率覆盖范围的北半球天空覆盖范围，下一代超大阵列（ngVLA）将成为纳赫兹GW天体物理学下一阶段的基本组成部分，从而能够详细描述随机背景和检测对背景有贡献的单个源，以及宇宙弦和其他奇异现象的探测（或严格限制）。在这里，我们总结了PTAs的科学目标和技术要求的ngVLA在表征纳赫兹引力波宇宙中发挥重要作用。
2018-10-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Infrared timing with SPICA: Probing the formation of stellar-mass compact object jets in real-time
在许多方面，时间域仍然是天文学研究中探索最少的参数空间。本文的目的是鼓励SPICA社区考虑快速红外定时观测的潜力。所考虑的具体例子是致密吸积物体中相对论性喷流的可变发射，其形成和动力机制我们仍然不了解。红外观测有可能使我们对吸积恒星质量黑洞和中子星中喷流形成所需的条件有基本的了解。这是因为粒子加速被认为是磁驱动的，并且光学薄和自吸收射流同步辐射之间的光谱转换位于红外线中。我们回顾最近的观察显示，我们有能力测量的关键物理参数的射流，其时间依赖于快速变化的条件下的吸积流周围的黑洞（在短短几秒钟的时间尺度）。SPICA将提供一个突破，在这一领域，因为它的灵敏度和宽带覆盖范围，我们详细介绍了一个例子SPICA观察短（几十毫秒）的时间尺度。我们相信，SPICA有可能对时域科学产生重大影响，我们讨论了一些技术要求，这将使之成为可能。
2013-10-07 astro-ph.HE astro-ph.IM
A 24-Hour Global Campaign To Assess Precision Timing of the Millisecond Pulsar J1713+0747
射电毫秒脉冲星J1713+0747被认为是天空中精度最高的时钟之一，并定期定时用于探测引力波。国际脉冲星定时阵列合作对PSR J1713+0747进行了24小时的全球观测，以更好地量化该脉冲星的定时噪声源，特别是在中间（1 - 24小时）时标上。我们用Arecibo、Effelsberg、GMRT、Green Bank、LOFAR、Lovell、Nancay、Parkes和WSRT射电望远镜对该脉冲星进行了24小时以上的连续观测。这里提出的组合脉冲到达时间提供了与定时精度的理想化的均方根N改进相比将存在什么定时噪声源（不包括DM变化）的估计，其中N是所分析的脉冲的数量。在这种特殊的脉冲星的情况下，我们发现，内在的脉冲相位抖动占主导地位的到达时间精度时，单脉冲的S/N超过1，测量使用的8个望远镜，在L波段/1.4 GHz的观察。我们提出的第一个结果的特殊现象探测异常长的时间尺度（一个单一的连续观测会话）的几十个小时，特别是星际闪烁，并讨论闪烁和轮廓演变的程度影响精确计时。本文提出的数据集作为未来更深入研究的基础。
2014-12-17 astro-ph.HE astro-ph.IM
The North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves
北美纳赫兹引力波观测站（NANOGrav）是一个研究人员的合作项目，他们积极利用北美射电望远镜通过脉冲星计时来探测和研究引力波。为了实现这一目标，我们定期使用阿雷西博望远镜和绿岸望远镜观测毫秒引力波（MSP），并开发和实施新的仪器和算法，用于搜索和观测引力波，计算到达时间，理解和校正我们数据中的传播延迟和噪声源，以及检测和表征各种引力波源。我们与国际脉冲星定时阵列（IPTA）的同事合作开展这些活动。我们还教育各级学生和公众关于通过脉冲星计时探测和研究引力波。
2013-10-02 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
The Parkes Pulsar Timing Array Project
“脉冲星定时阵列”（PTA），其中一个大样本的观测分布在天球上的脉冲星相结合，允许调查“全球”的现象，如背景的引力波或不稳定的原子时标，产生相关的定时残差阵列的脉冲星。帕克斯脉冲星定时阵列（Parkes Pulsar Timing Array，PPTA）是基于帕克斯64米射电望远镜观测的PTA概念的实现。在50厘米（~700兆赫）、20厘米（~1400兆赫）和10厘米（~3100兆赫）三个无线电频段上观测了20毫秒射电星的样本，观测间隔为2 - 3周。2005年初开始进行定期观察。本文介绍了PPTA观测和数据处理的系统，包括定标和定时分析。讨论了观测系统、观测参数和分析方法的选择策略。提供了2005年3月至2011年3月期间三个波段的PPTA数据结果。对于20个频率计中的10个，在拟合脉冲频率及其一阶时间导数后，最佳频带的均方根定时残差小于1微秒。在大约一半的样本中检测到显著的“红色”定时噪声。我们讨论了这些结果对未来项目的影响，包括国际脉冲星定时阵列（IPTA）和基于平方公里阵列的PTA。我们还提出了一个“扩展PPTA”的数据集，结合PPTA数据与早期的Parkes定时数据，这些卫星。
2012-10-23 astro-ph.HE astro-ph.IM
The Indian Pulsar Timing Array Data Release 2: I. Dataset and Timing Analysis
本文介绍了InPTA第二次数据发布，包含对27颗IPTA毫秒脉冲星长达7年的双频观测数据，通过重新处理提供了高精度色散量度估计，有望提升未来纳赫兹引力波搜索的灵敏度。
2025-06-20 astro-ph.HE astro-ph.IM
A simple, flexible method for timing cross-calibration of space missions
Saitama University（埼玉大学）；Ehime University（爱媛大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；RIKEN Nishina Center（理化学研究所仁科加速器研究中心）；Tokyo University of Science（东京科学大学）；Tor Vergata University of Rome（罗马托尔维加塔大学）；University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩县分校）；Rikkyo University（立教大学）；Kanazawa University（金泽大学）；RIKEN Pioneering Research Institute（理化学研究所先锋研究本部）；New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校）
本文提出了一种简单灵活的方法，用于空间任务中定时交叉校准，通过模拟地心TOAs并重新拟合定时模型，验证了不同历法下TOA的一致性，并发布了相关工具和数据库。
2026-01-07 astro-ph.HE astro-ph.IM
FrankenStat I: a New Approach to Pulsar Timing Array Data Combination
Oregon State University（俄勒冈州立大学）；Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Vanderbilt University（范德堡大学）
FrankenStat I提出了一种新的脉冲星定时阵列数据结合方法，通过非相干交叉相关分析提高数据处理效率，实现快速且高效的全数据结合。
2025-12-16 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Robust Estimation of Scattering in Pulsar Timing Analysis
我们提出了一个强大的方法，将模型的时间可变的脉冲轮廓，由于电离星际介质的散射到轮廓域脉冲星定时分析的扩展。我们使用这种方法来同时估计时间变化的色散测量（DM）和散射，连同一个模型的脉冲轮廓，包括平滑的演变作为频率的函数，和脉冲星的定时模型。我们发现，固定的散射时间尺度时，形成到达时间的估计，已经建议在传统的脉冲星定时分析的背景下，可以显着低估的不确定性，在DM和脉冲的到达时间，导致偏差的定时参数。我们应用我们的方法使用一个新的，公开的，GPU加速的代码，无论是模拟，和观察毫秒脉冲星PSR J1643 $-$ 1224。这种脉冲星是已知的，表现出显着的散射变化相比，典型的毫秒脉冲星，我们发现，包括低频率（$< 1$ GHz）的数据，没有这些散射变化的模型，导致显着的周期性结构的DM，也偏置的天体测量参数在$4σ$水平，例如，改变自行在赤经$0.50 \pm 0.12$。如果低频观测包括显着的散射变化时，我们的结论是，有必要不只是模拟这些变化，但也要采样的参数，同时描述的变化与所有其他参数的模型，任务轮廓域脉冲星定时是非常适合的。
2017-03-06 astro-ph.HE astro-ph.IM
Single-Source Gravitational Wave Limits from the J1713+0747 24-hr Global Campaign
在24小时内进行的密集、连续的脉冲星定时观测提供了一种探测10微赫兹至20毫赫兹的中间引力波（GW）频率的方法。欧洲脉冲星定时阵列（EPTA）、北美纳赫兹引力波观测站（NANOGrav）、帕克斯脉冲星定时阵列（PPTA）和联合国际脉冲星定时阵列（IPTA）都使用毫秒脉冲星观测来检测或限制通常在纳赫兹频率的引力波。在IPTA的九望远镜24小时全球运动的毫秒脉冲星J1713+0747的情况下，GW限制在中频制度可以产生。在观测过程中，色散测量的变化可以忽略不计，这使得定时残差中的红噪声最小化，从而限制了由于单个源而导致的来自GW的任何贡献。在10 $^{-5}$ Hz时，脉冲星方向GW源的95%应变上限为10 $^{-11}$。
2016-08-20 astro-ph.HE astro-ph.IM
Gravitational-wave memory and pulsar timing arrays
脉冲星计时阵列（PTA）被设计用来探测周期从几个月到几年的引力波，例如由遥远星系中心的宽超大质量黑洞双星产生的引力波。在这里，我们表明，PTA也是敏感的合并的超大质量黑洞。虽然这些合并发生的时间尺度太短，无法通过PTA解析，但由于非线性引力波记忆，它们会产生度量的变化，这种变化在实验期间持续存在，并且可以被检测到。本文发展了PTAs的单源探测理论，推导了PTAs对引力波记忆跳跃的灵敏度。我们证明了，$10^8M_{\odot}$黑洞的合并是$2-σ$ -可检测的（在一个方向上，偏振，和时间依赖的方式），以共同移动的距离为光年的$\sim 1$。现代预测黑洞合并率意味着边际到适度的机会，个人跳检测目前开发的PTA。对于使用SKA的未来PTA实验，灵敏度预计会稍高。
2009-09-04 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
The Indian Pulsar Timing Array: First data release
我们提出的脉冲到达时间和高精度的色散测量估计的14毫秒双星同时观察到的300-500 MHz和1260-1460 MHz的频带使用升级的巨型米波射电望远镜（uGMRT）。这些数据跨越了3.5年（2018-2021年）的基线，是印度脉冲星定时阵列合作提供的第一个官方数据发布。这一数据的发布为研究低射频下的星际介质效应及其对脉冲星定时阵列实验定时精度的影响提供了一个独特的机会。除了使用窄带和宽带定时技术获得的色散测量时间序列和脉冲到达时间之外，我们还提出了所选脉冲的色散测量结构函数分析。我们正在进行的调查有关的频散措施的频率依赖性进行了讨论。根据对五个毫秒级双星的初步分析，我们在色散测量中没有发现任何决定性的色度证据。本文首次介绍了常规双频同步观测资料。这一独特的特征使我们获得了迄今为止对我们样本的一个子集的最高精度的离散度估计。在波段3和波段5中同时进行多波段uGMRT观测对于高精度色散测量估计以及在不久的将来将来自各种脉冲星定时阵列联盟的数据组合在一起以扩大整体频率覆盖范围的前景至关重要。在这项工作中提出的部分数据预计将被纳入即将发布的国际脉冲星定时阵列的第三次数据。
2022-10-25 astro-ph.HE astro-ph.IM
Timing Solution and Single-pulse Properties for Eight Rotating Radio Transients
旋转无线电瞬变（RRAT），松散地定义为仅通过其单个脉冲被发现的对象，是具有广泛发射特性的散在散射体。对于它们中的许多，我们必须测量它们的周期，并根据它们的单个脉冲的定时来确定定时解决方案，而一些不那么零星的RRAT可以通过使用折叠技术来定时，就像我们对其他脉冲所做的那样。在这里，基于Parkes和Green Bank望远镜（GBT）的观测，我们介绍了我们对8个RRAT的研究结果，包括它们的时间衍生的旋转参数，位置和色散测量（DM），以及RRAT和正常恒星的自旋下降特性的比较。使用24 RRAT的数据，我们发现，它们的周期导数一般大于正常的类星体，独立于任何内在的相关性与周期，表明RRAT的高度零星的发射可能与内在较大的磁场。我们进行了Lomb $-$ Scargle测试，以寻找长时间尺度的RRAT脉冲检测时间的周期性。检测到所有靶标的周期性，PSR J1623 $-$ 0841的显著候选物约为3.4 h，PSR J1839 $-$ 0141的显著候选物约为0.7 h。我们还分析了它们的单脉冲幅度分布，发现对数正态分布提供了最佳拟合，就像大多数脉冲的情况一样。然而，一些RRAT表现出幂律尾，就像发射巨脉冲的双星一样。这一点，连同对弱脉冲检测的选择效应的考虑，意味着RRAT脉冲通常表示正常强度分布的尾部。
2017-08-31 astro-ph.HE astro-ph.IM
Optimizing Pulsar Timing Arrays Observations for Detection and Characterization of Low-Frequency Gravitational Wave Sources
低频引力波的观测将需要最高的时间精度，从一个阵列的最自旋稳定的引力波。我们可以通过观测几年到几十年的低定时噪声的脉冲星来提高脉冲星定时阵列（PTA）对不同引力波源的灵敏度。我们讨论了观测策略的PTA集中在一个随机的引力波背景，如从未解决的超大质量黑洞的二进制文件，以及专注于单一的连续波源。首先，我们描述的方法来计算PTA的灵敏度不同的引力波源类。然后，我们将我们的方法应用于北美纳赫兹观测站的引力波（NANOGrav）11年数据集的45个天体。对于预期的随机背景振幅，我们发现，所有的historars的贡献显着超过几十年的时间尺度，例外的是非常悲观的随机背景振幅值。对于单个源，我们发现，许多的卫星有助于一个给定的源的灵敏度，但哪些卫星的贡献是不同的，这取决于源，或与全天空度量。我们的结果似乎强大的脉冲星到达时间的时间相关的红噪声的存在。这是至关重要的，以获得更强大的脉冲噪声参数，因为它们严重影响我们的结果。我们的研究结果表明，必须尽快定位和定时尽可能多的高精度探测器，以最大限度地提高下一代PTA探测器的灵敏度。
2018-08-30 astro-ph.HE astro-ph.IM
Precision Timing of PSR J0437-4715 with the IAR Observatory and Implications for Low-Frequency Gravitational Wave Source Sensitivity
虽然需要对天空中许多$\lesssim1~μ$级的高精度射电望远镜进行观测，以检测和表征低频引力波（GW）的随机背景，但对单个GW源的灵敏度需要更高的定时精度。阿根廷射电天文学研究所（IAR; Instituto Cristino de Radioastronomía）已经开始观测已知最亮的毫秒脉冲星，J 0437 $-$ 4715。尽管这两个天线比以前用于脉冲星定时阵列（PTA）科学的其他单碟望远镜要小，但IAR每天监测这颗脉冲星的能力加上脉冲星的亮度允许高精度的脉冲到达时间测量。虽然该设施的升级目前正在进行中，但我们表明，超出当前计划的适度改进将为IAR提供对这颗脉冲星无与伦比的灵敏度。对单个GW源的最严格上限来自北美纳赫兹引力波观测站（NANOGrav）。PSR J 0437 $-$ 4715的观测结果将显著提高NANOGrav在天空中的“盲点”的灵敏度，目前正在观察到较少的恒星。随着国家的最先进的仪器安装，我们估计该阵列的灵敏度将提高$\approx$ 2-4的一个因素，超过10年的20%的天空与列入这个脉冲星相比，静态版本的PTA在NANOGrav的最新限制。更适度的仪器导致因子$\approx$ 1.4-3。我们确定了其他四个候选人作为合适的PTA工作包括。考虑到潜在的可实现的敏感性，国际优惠贸易协定的努力也将受益于纳入这些数据。
2021-05-31 astro-ph.HE astro-ph.IM
Results of the First IPTA Closed Mock Data Challenge
2012年国际脉冲星定时阵列（IPTA）模拟数据挑战赛（MDC）旨在测试当前的引力波（GW）检测算法。在这里，我们将简要介绍两种检测算法的随机背景的引力波，即一阶似然方法和最佳统计方法，并给出我们的结果，从封闭的MDC数据集。
2012-10-29 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.data-an
A glitch in the millisecond pulsar J0613-0200
利用EPTA数据发布1.0，结合洛弗尔望远镜和Effelsberg脉冲星观测系统记录的Jodrell Bank模拟滤波器组TOA，我们给出了毫秒脉冲星J0613 $-$ 0200自旋演化中一个小故障的证据。在MJD 50888（30）的历元处测量到0.82（3）nHz的自旋频率阶跃和${-1.6(39) \times 10^{-19}\,\text{Hz} \ \text{s}^{-1}}$的频率导数阶跃。在PSR B 1821 $-$ 24 A之后，这只是在毫秒脉冲星中观察到的第二个毛刺，频率为${Δν/ν=2.5(1) \times 10^{-12}}$的分数大小，比以前最小的毛刺小几倍。PSR J0613 $-$ 0200用于脉冲星定时阵列的引力波搜索，迄今为止，它是在886个脉冲星年的观测中第二个出现故障的脉冲星。我们发现，准确建模的毛刺不会影响脉冲星定时阵列应用的定时精度。我们估计，对于国际脉冲星定时阵列中包含的当前毫秒脉冲星集，在10年内在定时阵列脉冲星中观察到另一个故障的概率为$\sim 50$ %。
2016-06-15 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Prospects and Strategies for Detecting Nonlinear Gravitational Wave Burst with Memory from Potential Merger Event SDSSJ1430$+$2303 by Pulsar Timing Arrays
最近在塞弗特1星系SDSSJ 1430 $+$ 2303的光变曲线中观察到的啁啾信号可以用银河系中心的一个后期螺旋式超大质量双星黑洞（SMBBH）系统来解释，该系统将在不久的将来合并（或者可能已经合并）。对于合并SMBBH场景，SDSSJ 1430 $+$ 2303可以是具有记忆（BWM）的非线性引力波（GW）爆发的源，这可以为未来的脉冲星定时阵列（PTA）观测提供有希望的目标。在这项工作中，我们调查的前景，检测从SDSSJ 1430 $+$ 2303由国际PTA（IPTA）和FAST-PTA在未来$5$年的BWM信号。首先提出了搜索该目标信号的策略，包括毫秒级搜索器的选择和观测时间的分配。然后，基于所提出的策略对PTA观测值进行了仿真，得到了考虑SMBBH参数的不确定性以及所选MSP的白噪声和红噪声的情况下，BWM信号的网络信噪比和参数估计误差的概率密度函数。我们的研究结果表明，虽然IPTA可以勉强检测到的BWM在$5$年，快速PTA可以检测到它具有显着更高的置信度。此外，存档的IPTA数据是重要的，在估计合并时间的SMBBH，结合FAST-PTA数据。这项工作可以作为未来PTA观测和SDSSJ 1430 $+$ 2303和类似系统的多信使研究的指导。
2022-04-08 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
