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
Accelerated Bayesian model-selection and parameter-estimation in continuous gravitational-wave searches with pulsar-timing arrays
我们描述了几种新的技术，加速贝叶斯搜索连续引力波发射的超大质量黑洞二进制脉冲星定时阵列。这些技术减轻了搜索维数的问题增加与脉冲星阵列的大小，所产生的必须包括一个额外的参数，每个脉冲星作为阵列扩展。这个额外的参数对应于搜索的相位的引力波，因为它传播通过每个脉冲星，使我们可以连贯地包括脉冲项在我们的搜索策略。我们的技术使分析易于使用强大的证据评估包，如MultiNest。我们发现我们的技术与参数估计和贝叶斯因子评估与完整的信号模板进行了良好的协议，并得出结论，这些技术使脉冲星定时阵列的连续引力波信号的检测和表征优秀的第一刀工具。重要的是，在低到中等的信噪比下，分析加速的因子可以> 100，允许系统注入和信号恢复的严格程序，以在贝叶斯形式体系内建立稳健的检测标准。
2014-11-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Efficient Gravitational Wave Searches with Pulsar Timing Arrays using Hamiltonian Monte Carlo
脉冲星定时阵列（PTA）通过寻找脉冲到达时间的相关偏差来探测低频引力波（GW）。当前贝叶斯搜索使用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）方法，该方法难以对PTA和GW信号建模所需的大量参数进行采样。随着数据跨度和数据库数量的增加，这个问题只会变得更糟。另一种蒙特卡罗采样方法，哈密顿蒙特卡罗（HMC），利用哈密顿动力学产生样本建议告知模型似然的一阶梯度。这反过来又允许它更快地收敛到高维分布。我们实现HMC作为一种替代的抽样方法，在我们的搜索各向同性随机GW背景，并表明，这种方法产生等效的统计结果与标准MCMC技术运行类似的分析，而需要100-200倍的样本。我们表明，HMC样本生成的速度尺度为$\mathcal{O}(N_\mathrm{psr}^{5/4})$，其中$N_\mathrm{psr}$是的数目，相比之下，$\mathcal{O}(N_\mathrm{psr}^2)$的MCMC方法。这些因素抵消了使用HMC生成样品所需的增加的时间，证明了采用HMC技术用于PTA的价值。
2023-03-07 astro-ph.IM gr-qc
Analytic distribution of the optimal cross-correlation statistic for stochastic gravitational-wave-background searches using pulsar timing arrays
本研究通过解析与数值方法证明脉冲星计时阵列GWB搜寻的最优互相关统计量服从广义卡方分布，纠正了此前认为其零分布近似高斯的错误，为探测显著性的准确计算提供了正确的统计基础。
2023-05-01 astro-ph.IM gr-qc
Bayesian cross validation for gravitational-wave searches in pulsar-timing array data
引力波数据分析需要复杂的统计噪声模型，以便从数据中提取高度模糊的信号。在贝叶斯模型比较中，我们通过比较它们的边际可能性来选择模型。然而，这种计算在数值上是充满的，并且可能对参数先验规范中的任意选择敏感。在贝叶斯交叉验证中，我们通过计算训练数据集中模型参数的贝叶斯后验来表征模型的拟合度和预测能力，然后使用该后验来计算不同测试数据集的平均可能性。由此产生的交叉验证分数很容易计算;它们对先前的调整不敏感;并且它们以牺牲预测性能为代价惩罚了过度拟合训练数据的不必要的复杂模型。在这篇文章中，我们讨论了交叉验证的背景下，脉冲星定时阵列数据分析，我们将其应用到模拟脉冲星数据（成功地选择了正确的频谱指数的随机引力波背景），并从NANOGrav 11年的释放脉冲星数据集（它令人信服地有利于一个模型，代表了一个短暂的功能，在星际介质）。我们认为，交叉验证提供了一个有前途的替代贝叶斯模型比较，我们讨论了它的使用引力波检测，通过选择或反驳模型，包括一个引力波组件。
2019-04-10 astro-ph.IM gr-qc
Extending gravitational wave burst searches with pulsar timing arrays
脉冲星定时阵列（PTA）正被用于寻找极低频引力波。脉冲星定时残差中的引力波信号有两个分量：一个与脉冲星距离无关，另一个与脉冲星距离有关，分别称为“地球项”（ET）和“脉冲星项”（PT）。脉冲星残差中爆发（或瞬态）引力波源的信号通常具有地球项和脉冲星项，它们之间的时间间隔为脉冲星到地球的飞行时间的量级。因此，这两个术语在实际的观测跨度上是不可观测的，但是在许多观测器中观测到的λ应该是相关的。我们表明，对（或更多）的恒星可以这样一种方式对齐，在某些天空位置的源所造成的PT可以到达地球的时间窗口内足够短，在一个现实的观测跨度被捕获。我们发现，在国际脉冲星定时阵列（IPTA）的67%的天空产生这样的对齐的脉冲星条款分开不到10年。我们比较了源事件率的估计值，如果搜索相关的PTs，或通过PT搜索，则需要在IPTA中观察一个信号，并且发现事件率需要比PTs高大约两个数量级才能观察到事件。我们还发现，在PT或ET搜索中，要实现类似数量的可观察事件，需要数十万个搜索器的阵列。这不利于PT用于全天空搜索，但它们可能用于目标特定源，并补充ET搜索。
2012-07-26 astro-ph.HE gr-qc
Common-spectrum process versus cross-correlation for gravitational-wave searches using pulsar timing arrays
北美纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）最近报告了强有力的统计证据，证明所有的类星体都有一个共同的光谱红噪声过程，正如他们对各向同性随机引力波背景的12.5年分析所见。然而，目前很少有证据表明阵列中的四极空间相关性，这是需要做出一个有信心的声明，检测到一个随机背景。在这里，我们给出了一个非常简单的信号+噪声模型的频率分析表明，目前缺乏空间相关性的证据是一致的阵列中的地球脉冲星基线对的相关系数的大小，以及脉冲星定时arraysbare最有可能在中间信号制度。我们推导出的解析表达式，允许一个比较的预期值的信噪比的共同频谱和互相关估计。
2020-12-07 gr-qc
Modeling the uncertainties of solar-system ephemerides for robust gravitational-wave searches with pulsar timing arrays
一旦我们将脉冲到达太阳系的时间与太阳系的惯性静止坐标系联系起来，脉冲星发射的规律性就变得显而易见了。由此可见，在确定地球相对于太阳系重心的位置时，误差可能会在脉冲星定时剩余时间序列中表现为时间相关偏差，从而影响脉冲星定时阵列对低频引力波的搜索。事实上，最近的阵列数据集产生不同的引力波背景上限和检测统计分析时，与不同的太阳系星历。重要的是，星历表通常不提供可用的误差表示。在这篇文章中，我们描述的动机，建设和应用的物理模型的太阳系星历的不确定性，重点是自由度（木星的轨道要素）最相关的引力波搜索与脉冲星定时阵列。该模型BayesEphem用于在NANOGrav的11年随机背景搜索中获得星历稳健的结果，并为NANOGrav和其他联盟的未来搜索提供了基础。这里报告的分析和模拟表明，星历表建模降低了11年数据集的引力波敏感性，这种退化将消失与改进星历表和更长的脉冲星定时数据集，将在不久的将来成为可用。
2020-01-06 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Hierarchical Inference of the Supermassive Black Hole Binary Merger Rates from Joint Searches using Pulsar Timing Arrays
Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）
本研究提出分层贝叶斯框架，将SMBHB并合率密度模型直接嵌入PTA似然，通过泊松点过程推断并合信号，模拟显示可补充SGWB信息并收紧约束。
2026-09-09 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Sensitivity curves for searches for gravitational-wave backgrounds
我们提出了一个图形表示的检测器的灵敏度曲线的随机引力波背景，考虑到增加的灵敏度，除了随着时间的推移，从集成频率。该方法适用于在分析波段内具有幂律谱的背景。我们称这些曲线为“幂律积分曲线”。为了简单起见，我们考虑使用两个或更多个检测器对非偏振和各向同性随机背景进行互相关搜索。我们应用我们的方法来构建第二代地基探测器，如先进的LIGO，空间为基础的探测器，如LISA和大爆炸观测器，和脉冲星定时阵列的定时残差的幂律综合灵敏度曲线。用于生成这些图的代码可在https://dcc.ligo.org/LIGO-P1300115/public上获得，以供有兴趣构建类似灵敏度曲线的研究人员使用。
2013-11-25 astro-ph.IM gr-qc
The Targeted Standard Siren Cosmology with Pulsar Timing Arrays
Indian Institute of Science Education and Research Bhopal（印度科学教育研究所博帕尔分校）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）
利用脉冲星计时阵列进行靶向搜索，可实现高精度推断哈勃常数，为解决哈勃张力提供支持。
2026-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Taming outliers in pulsar-timing datasets with hierarchical likelihoods and Hamiltonian sampling
基于高斯分布的概率处理已经成功地分析了脉冲星定时数据集，其应用范围从中子星结构的研究到广义相对论的测试和纳秒引力波的搜索。至于高斯分布的其他应用，定时测量中的离群值对统计推断构成了重大挑战，因为它们会使定时和噪声参数的估计产生偏差，并影响报告的参数不确定性。我们描述并展示了一个实用的端到端的方法来执行贝叶斯推断的定时和噪声参数鲁棒性的离群值的存在，并确定这些概率。该方法是完全一致的（即，异常概率随着定时和噪声参数的后验分布而变化），并且它依赖于脉冲星定时似然的分级形式的有效采样。这种采样最近已经成为可能的“无掉头”哈密顿采样器耦合到一个高度定制的重新参数化的可能性;这个代码在其他地方描述，但它已经在网上。我们建议将我们的方法作为脉冲星定时阵列数据集准备的标准步骤：即使统计推断不受影响，对离群候选者的后续研究也可以揭示无线电观测和定时测量中看不见的问题;此外，对引力波搜索结果的信心只会受益于严格的统计证据，即数据集是干净的，没有离群值。
2016-09-07 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
Searching for a waveform-agnostic gravitational wave signal in pulsar timing arrays
Columbia University（哥伦比亚大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）；Monash University（蒙纳士大学）；Montana State University（蒙大拿州立大学）；Oregon State University（俄勒冈州立大学）
提出一种基于傅里叶展开的波形无关框架，通过贝叶斯层次模型同时推断引力波源的天区位置、频率成分和随机背景，为脉冲星计时阵列提供灵活且鲁棒的信号搜索工具。
2026-05-30 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Cosmic Variance in Anisotropy Searches at Pulsar Timing Arrays
针对 PTA 探测 GWB 时宇宙方差可造成表观各向异性的问题，本文证明统计推断仍保持稳健，并给出最大可约束多极矩随脉冲星数线性增长的关系。
2025-08-28 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
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
Controlling Outlier Contamination In Multimessenger Time-domain Searches For Supermasssive Binary Black Holes
许多种类的时域数据集可能容易出现由仪器或天体物理异常引起的统计异常值。这些可能会损害对时间序列内信号的搜索，并导致有偏的参数估计。针对超大质量二元黑洞的多信使时域搜索的通用离群值缓解方法尚未得到充分探索。在努力执行强大的孤立与低计算成本，我们提出了一个吉布斯抽样计划。这为离群值建模和隔离提供了结构简单性，因为它需要最小的修改来适应具有脉冲星定时阵列或光度数据的时域建模场景。我们稳健地诊断异常值存在于模拟脉冲星定时数据集，然后进一步将我们的方法应用于脉冲星J $1909$ $-$ $3744$从NANOGrav 9年数据集。我们还探讨了周期性的二元活动星系核候选PG $1302$ $-$ $102$使用的数据集从卡塔利娜实时瞬态调查，全天自动调查超新星，和林肯近地小行星研究。我们提出了我们的研究结果，并概述了未来的工作，可以提高离群建模和隔离多信使时域搜索。
2022-09-16 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
Statistics of time and frequency-averaged spectra in gravitational-wave background searches
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CNRS, Astroparticule et Cosmologie（法国国家科学研究中心，强子与宇宙学）；Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学）；IRFU, CEA, Université Paris-Saclay（法国原子能和替代能源署，萨克雷大学）
该研究探讨了引力波背景搜索中时间与频率平均对参数推断误差的影响，并引入Fisher信息工具进行量化分析。
2026-02-13 astro-ph.IM gr-qc
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
Red noise and evolving signals: a complete frequentist approach to supermassive black hole binary searches with pulsar timing arrays
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；University of Texas Rio Grande Valley（德克萨斯里奥格兰德河谷大学）；IIT Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）
针对脉冲星计时阵列中演化超大质量黑洞双星引力波信号，提出广义似然比检验和T统计量，通过半解析最大化与粒子群优化降低维度，实现高效检测。
2026-09-24 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Optimal strategies for continuous gravitational wave detection in pulsar timing arrays
超大质量黑洞双星（SMBHB）预计将在脉冲星定时阵列（PTA）频带（$10^{-9}$ -$10^{-7}$ Hz）中发射连续的引力波。数据分析技术的发展，旨在有效地检测和表征这些信号是至关重要的引力波探测工作。在本文中，我们利用LIGO连续波引力搜索开发的方法，并探讨使用的$\mathcal{F}$ -统计脉冲星定时数据的搜索。Babak & Sesana 2012已经在PTA的背景下使用了这种方法，以表明可以解决天空中的多个SMBHB源。我们的工作改进了几个方面的连续波搜索方法开发的PTA数据分析。该算法完全在时域中实现，这自然地处理PTA数据典型的不规则采样，并避免了与频域方法相关的频谱泄漏问题。我们考虑到时间模型的拟合，并推广了我们的方法来处理相关和不相关的有色噪声源。我们还开发了一个不相干的检测统计，最大限度地超过所有脉冲星相关的贡献的可能性。为了测试我们的检测统计的有效性和灵敏度，我们进行了一些蒙特卡罗模拟。我们生产的各种配置的PTA的灵敏度曲线，并概述了一个功能齐全的数据分析管道的实施。最后，我们提出了一个推导的可能性最大化的引力波相位在脉冲星的位置，这导致在一个巨大的减少搜索参数空间。
2012-04-18 astro-ph.IM gr-qc
Optimal Strategies for Gravitational Wave Memory Detection in Pulsar Timing Arrays
本文推导用于脉冲星计时数据中引力波记忆暴搜索的相干与非相干频率学派统计量，刻画其χ²分布及参数估计性能。
2024-10-25 gr-qc
The effect of small inter-pulsar distance variations in stochastic gravitational wave background searches with Pulsar Timing Arrays
脉冲星定时阵列的主要目标之一是探测由引力波非相干叠加产生的随机背景，特别是来自宇宙中的超大质量黑洞双星。目前的随机背景搜索假设PTA中的恒星彼此分离，并与地球分离许多GW波长。随着越来越多的毫秒级射电望远镜被发现并添加到PTA中，一些射电望远镜可能仅被几个辐射波长或更少的波长分开，从而导致阵列中的近距离射电望远镜之间的相关GW相位变化。在这里，我们调查如何PTA重叠减少功能（ORF），四极杆顺序，这些额外的相关相位变化的影响，以及他们如何反过来又受到影响放松的假设，即所有的恒星是等距的太阳系重心。我们发现，在低频GW的背景限制$f\sim10^{-9}$ ~Hz，并在不同的距离从地球的脉冲星，这些额外的相关性只影响了几个百分点的ORF脉冲星对在大的角间距，如预期的。然而，当附近（100 pc量级）的双星相隔小于几度时，相关的相位变化可以在各向同性ORF的幅度中引入百分之几十的变化，并且在各向异性ORF中引入大得多的分数差异-对于相隔3度的等距双星，在$m=0$、$l=2$ ORF中高达188。事实上，大多数各向异性ORF的幅度在小但非零的脉冲星间隔时最大。最后，我们写下了一个小角度近似的相关相位变化，可以很容易地在搜索管道中实现，并为完整性，检查的行为的ORF的太阳位于从地球的辐射波长。
2014-08-28 astro-ph.HE gr-qc
On the overlap reduction function of pulsar timing array searches for gravitational waves in modified gravity
本文研究修改引力中PTA引力波搜索的重叠约化函数，发现自相关系数Γ_aa的发散是非物理的，提供了精确解析表达式，并修正了超光速相速度下的Γ_ab结果，为拟合修改引力理论到PTA数据奠定基础。
2025-01-31 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Fast wavelet basis search for generic gravitational wave bursts in Pulsar Timing Array data
针对脉冲星计时阵列数据中形态未知的通用引力波爆发搜索因参数空间大而计算受限的问题，提出QuickBurst算法，通过重新定义似然函数避免重复计算内积，实现约200倍加速，使搜索在现有及增长的数据集上可行。
2024-11-28 astro-ph.HE gr-qc
Insights into searches for anisotropies in the nanohertz gravitational-wave background
在未来几年内，脉冲星定时阵列（PTA）的定位，以检测随机引力波背景（GWB）可能产生的收集螺旋超大质量黑洞二进制，并可能限制一些奇异的物理。迄今为止，大多数的脉冲星计时数据分析都集中在GWB的周期上，假设它是完全各向同性的。自然的下一步是在GWB中寻找各向异性。在本文中，我们使用最近开发的PTA Fisher矩阵，以获得洞察GWB各向异性的最佳搜索策略。为了具体起见，我们将我们的结果应用于EPTA数据，使用其光谱的真实噪声特性。我们项目的GWB的角度依赖性被假定为预定的地图，如球谐函数或粗像素的线性组合的可检测性。我们发现，GWB总是统计相关的这些地图，这意味着损失的敏感性同时搜索各向异性。然后，我们推导出角分布的GWB强度的PTA是最敏感的，并说明如何可以使用这些“主要地图”，以近似重建的GWB的角度依赖性。由于主要的地图既不是完美的各向异性，也不相关的，我们还开发了一个频率论的标准，专门搜索各向异性的GWB没有任何先验知识，他们的角分布。最后，我们展示了如何恢复现有的EPTA结果与我们的Fisher形式主义，并澄清他们的意义。这里提出的工具将是有价值的指导和优化计算要求的分析脉冲星定时数据。
2021-02-12 astro-ph.IM gr-qc
Impact of LIGO-Virgo black hole binaries on gravitational wave background searches
我们研究了LIGO-Virgo目前探测的黑洞二元种群对未来寻找原始引力波背景的影响。我们估计的前景所产生的二进制使用观察到的事件率和一个简单的建模的黑洞人口。我们从前景中减去单独可分辨的二进制，并利用Fisher分析来推导幂律信号的灵敏度曲线，包括这些天体物理前景。即使在乐观的假设下，我们发现未来实验的范围也会严重缩小。
2023-02-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Forecasting Sensitivity to Modified Dispersion Effects in Pulsar Timing Arrays
École polytechnique, Institut polytechnique de Paris（巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), UTIAS, The University of Tokyo（宇宙物理与数学卡弗里研究所（WPI），UTIAS，东京大学）
本文研究了脉冲星定时阵列中修改色散关系对重力波背景探测的影响，通过Fisher分析预测相速度不确定性，并考虑样本方差效应，提出未来30年内需观测才能检测到光速偏差的预报。
2026-03-18 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
Model Dependence of Bayesian Gravitational-Wave Background Statistics for Pulsar Timing Arrays
脉冲星定时阵列（PTA）搜索的引力波背景（GWB）通常包括时间相关的“红”噪声模型固有的每个脉冲星。使用一个简单的模拟PTA数据集与注入GWB信号，我们表明，所使用的红噪声模型的细节，包括振幅先验的选择，甚至是有红噪声，有一个显着的影响GWB统计，包括上限和GWB振幅的估计。我们发现，标准使用的均匀先验的红噪声幅度导致95%的上限，从单侧贝叶斯可信区间计算，这是小于注入GWB幅度的50%的时间。此外，GWB的幅度估计系统地低于注入值10- 40%，这取决于为固有红噪声选择的模型和先验。我们计算模型和先验选择的影响，并演示了如何“辍学”模型，它允许灵活使用的红噪声模型在贝叶斯方法，可以提高GWB估计。
2020-09-10 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Pulsar timing arrays: the emerging gravitational-wave landscape
Yale University（耶鲁大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）；University of Connecticut（康涅狄格大学）；Stony Brook University（石溪大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）
脉冲星定时阵列实验发现了纳赫兹引力波背景，本文综述了检测物理、噪声模型、交叉相关技术及超大质量黑洞双星种群对标准合并模型的影响，探讨了多信使连续引力波搜索框架和新物理探测潜力。
2026-03-31 astro-ph.HE gr-qc
On the angular localization of gravitational-wave signals by pulsar timing arrays
Vanderbilt University（范德堡大学）
本文研究了通过脉冲星计时阵列对引力波信号进行角定位的影响因素，分析了脉冲星距离精度和角接近度对定位精度的作用，并探讨了不同条件下定位性能的变化。
2026-09-09 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Optimal Strategies for Gravitational-Wave Memory Detection with Noise Marginalization in Pulsar Timing Arrays
Oregon State University（俄勒冈州立大学）；University of Wisconsin-Milwaukee（威斯康星大学密尔沃基分校）
该研究针对脉冲星计时阵列的引力波记忆检测，将最优频率统计方法集成到\texttt{enterprise}套件，对比噪声边缘化与最大后验方法，发现前者可用于贝叶斯结果虚警概率分配，后者足以识别潜在可探测信号。
2026-11-09 astro-ph.IM gr-qc
Dual Cutler-Vallisneri Corrections: Mitigating PSD Drift in Zero-Latency Gravitational-Wave Searches
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本文提出了一种基于Cutler-Vallisneri形式化的扰动框架，用于修正引力波搜索中因频谱漂移导致的时序、相位和信噪比偏差，以提高检测精度。
2026-03-10 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Use Model Averaging instead of Model Selection in Pulsar Timing
针对脉冲星计时阵列（PTA）引力波搜索中贝叶斯推断的“循环分析”错误，提出用尖峰-板条先验实现单次模型平均，解决模型简化与推断可靠性的矛盾。
2024-11-27 astro-ph.IM 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
Separating deterministic and stochastic gravitational wave signals in realistic pulsar timing array datasets
针对脉冲星计时阵列中GWB与CGW信号易被误判的问题，基于欧洲PTA 24.8年数据集模拟，揭示独立分析的偏差，提出联合搜索方法，实现两类信号无偏恢复，为引力波信号准确解释提供关键支撑。
2024-07-30 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
PSR J0437-4715: The Argentine Institute of Radioastronomy 2019-2020 Observational Campaign
阿根廷射电天文学研究所配备了两个单碟30米射电天线，能够在1.4千兆赫对南半球的射电和无线电瞬变进行日常观测。我们的目标是为脉冲星计时研究作出贡献，与短时间尺度的星际闪烁和寻找连续引力波的来源。我们对明亮的毫秒脉冲星J 0437 $-$ 4715进行了一年多的高频差（几乎每天）长时距观测，获得了700多小时的高质量数据，计时精度优于1~ $μ$ s。我们描述了IAR观测到的J 0437 $-$ 4715的白和红时序噪声。我们量化的闪烁在这个数据集的影响，并进行单脉冲星搜索的连续引力波，在nHz- $μ$ Hz的频率范围内设置限制。我们证明了IAR的潜力，在1.4 GHz的无线电频段进行脉冲星监测的时间很长，每天的节奏。特别是，我们得出的结论是，正在进行的观测活动的毫秒脉冲星J 0437 $-$ 4715可以有助于增加现有的脉冲星定时阵列的灵敏度。
2021-01-28 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Forecast constraints on cosmic strings from future CMB, pulsar timing and gravitational wave direct detection experiments
我们研究未来观测约束宇宙弦参数从各种类型的下一代实验：引力波（GW），脉冲星定时阵列的直接检测，和宇宙微波背景（CMB）。我们认为GW突发和随机GW背景搜索地面和空间为基础的干涉仪，以及GW背景检测脉冲星定时实验。我们还考虑了宇宙弦对CMB温度和极化各向异性的贡献。这些不同类型的观测提供了宇宙弦的独立探测器，如果探测到签名，可能使我们能够研究宇宙弦的性质。在本文中，我们评估的权力，未来的实验约束宇宙弦参数，如弦张力Gmu，初始环的大小α，和重联概率p，通过执行Fisher信息矩阵计算。我们发现，结合不同类型的观测信息打破了参数退化，并提供了更严格的参数约束。我们还发现，未来的星载干涉仪独立地提供了一个高度精确的确定参数。
2013-02-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Orthonormal Bases for Reconstructing Pairwise Interpulsar Correlations in Pulsar Timing Arrays
本研究针对脉冲星计时阵列中脉冲星间相关性的重构需求，开发了可捕获HD相关性且消除其与额外结构协方差的自适应正交基，为引力波探测及多信号搜索提供技术支撑。
2024-10-30 astro-ph.IM 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
A comprehensive framework for phase-coherent mapping of the gravitational-wave sky with pulsar timing arrays
Monash University（莫纳什大学）；OzGrav: The ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery（引力波发现ARC卓越中心）；Carthage College（卡里奇学院）
本文提出一种相位相干制图方法，用于确定引力波天空的全极化状态，通过方向和频率的函数进行制图，与传统交叉相关方法不同，该方法保留了信号的幅度、相位和极化，为后续分析提供统一框架。
2026-04-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Effects of Solar Wind Plasma Noise on Stochastic Gravitational Wave Background Searches with a Space Based Interferometer Network
Chongqing University（重庆大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Nanjing University（南京大学）
研究太阳风等离子体噪声对LISA-太极网络随机引力波背景搜索的影响，用Lomb-Scargle方法估计太阳风电子密度波动谱，计算探测器间等离子体噪声引起的参数偏差，表明该噪声影响不能仅由单探测器剩余噪声评估。
2026-11-09 astro-ph.CO gr-qc
Astrometry meets Pulsar Timing Arrays: Synergies for Gravitational Wave Detection
Physics Department, Swansea University（斯旺西大学物理系）；Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, INFN, Sezione di Bologna, I.S. FLAG（博洛尼亚大学物理与天文学系，意大利国家核物理研究所博洛尼部分所，FLAG研究所）
本文提出利用测天学与脉冲星计时阵列的协同作用，提高对低频引力波背景的探测能力。
2025-10-13 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Identifying and mitigating noise sources in precision pulsar timing data sets
脉冲星定时阵列项目测量毫秒脉冲星的脉冲到达时间，主要目的是探测毫微微赫兹频率的引力波。这些测量包括一些天体物理和仪器过程的贡献，这些过程可以是确定性的，也可以是随机的。有必要为这些噪声过程开发强大的统计和物理模型，因为不正确的模型会降低灵敏度，并可能导致虚假的引力波检测。在这里，我们使用贝叶斯推断的噪声过程中的26个脉冲星在第二次数据发布的帕克斯脉冲星定时阵列。除了深入研究的噪声源，发现以前在脉冲星定时阵列数据集，如消色差定时噪声和色散测量的变化，我们确定新的噪声源，包括时间相关的彩色噪声，我们属性的变化脉冲散射。我们还确定了“指数下降”的事件，在四个磁暴，我们归因于磁层效应所证明的脉冲轮廓形状的变化观察到的三个磁暴。这包括PSR J1713 $+$ 0747中的一个事件，该事件先前被归因于星际传播。我们提出了噪声模型用于搜索引力波。我们概述了一个强大的方法来评估噪声模型的性能和识别数据中的未知信号。脉冲轮廓中的变化的检测突出了开发高效的轮廓域定时方法的需要。
2020-11-02 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Gravitational wave sources for Pulsar Timing Arrays
本文评估了脉冲星计时阵列观测到的随机引力波背景信号是否可归因于超大质量黑洞双星并合或早期宇宙中的一阶相变、宇宙弦、畴壁及大振幅曲率扰动等源，发现当前数据在贝叶斯分析下未对任何特定源表现出强烈偏好。
2023-06-30 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
A unified spin-harmonic framework for correlating pulsar timing, astrometric deflection, and shimmering gravitational wave observations
本研究提出统一自旋加权谐波框架，推导三类低频引力波可观测量的相关函数解析形式，可扩展至非标准偏振模式，为多探针引力波研究提供理论基础。
2025-07-22 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Improving pulsar-timing solutions through dynamic pulse fitting
本研究提出一种基于基函数的动态脉冲计时方法，可适配脉冲形状随时间演化，应用于PSR J1103−5403验证其模式转换特性，提升计时精度与引力波探测信噪比。
2023-06-01 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Extending the frequency reach of pulsar timing array based gravitational wave search without high cadence observations
假设使用脉冲星定时阵列（PTA）的引力波（GW）搜索受限于单个脉冲星的典型平均观测频率$1/(2~{\rm weeks})$到GW频率$\lesssim 4\times 10^{-7}$ Hz。我们表明，这种假设是不正确的，PTA可以检测到更高的频率，这是保存在数据中，由于混叠的信号，通过利用异步观测从多个信号发生器。这使得观测策略可以扩展到未来包含$O(10^3)$脉冲星的大规模PTA，由五百米孔径球面望远镜和平方公里阵列实现，而不需要更高的每脉冲星观测节奏。我们表明，更高频率的GW观测，达到$4\times 10^{-4}$ Hz与SKA时代的PTA，有显着的天体物理意义，如（i）一个三个数量级更好的约束比目前的高节奏观测GW应变的$[10,400]$ $μ{\rm Hz}$带，和（ii）敏感的测试无毛定理的质量范围内的超大质量黑洞二进制使用其inspiral，合并，和振铃信号。
2021-01-08 astro-ph.HE astro-ph.IM 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
Single-detector searches for a stochastic background of gravitational radiation
我们提出了一种数据处理技术，允许搜索一个随机背景的重力辐射与数据从一个单一的探测器。我们的技术利用了引力波（GW）信号的相干时间和影响测量的仪器噪声之间的差异。通过在比噪声的相干时间长{ \underbar {但}}比GW信号的相干时间短的偏移时间处估计数据的自关联函数，我们可以有效地将功率信噪比（SNR）提高积分时间的平方根。所得SNR在幅度上与通过将来自噪声不相关的两个共定位和共对准检测器的数据互相关而实现的SNR相当。我们的方法是通用的，它可以适用于地面和空间探测器的数据，以及脉冲星定时实验。
2012-05-21 gr-qc
A Multimessenger Search for the Supermassive Black Hole Binary in 3C 66B with the Parkes Pulsar Timing Array
Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；International Centre for Radio Astronomy Research, Curtin University（科廷大学国际射电天文研究中心）；Hunan Normal University（湖南师范大学）；Monash University（蒙纳士大学）；Australia Telescope National Facility, CSIRO, Space and Astronomy（澳大利亚望远镜国家设施，CSIRO空间与天文部门）
研究利用帕克斯脉冲星计时阵列对3C 66B中的超大质量黑洞双星进行多信使搜索，通过引力波和电磁数据构建联合似然模型，并设定了参数上限。
2026-03-05 astro-ph.HE gr-qc
Applicability of multi-component study on Bayesian searches for targeted anisotropic stochastic gravitational-wave background
The University of Tokyo（东京大学）；University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）
本文研究了多组分模型在贝叶斯搜索目标各向异性随机引力波背景中的适用性，发现单一模型可能引入偏差，而多组分模型能有效缓解此问题。
2025-12-03 astro-ph.HE gr-qc
Does a 'stochastic' background of gravitational waves exist in the pulsar timing band?
我们研究了脉冲星定时阵列数据集上模拟的超大质量双黑洞群体的引力波（GW）的影响。我们构建了一个分布描述的二进制SMBH人口从现有的半解析星系形成模型。使用实现的二进制SMBH人口从这个分布产生的，我们模拟脉冲星定时数据集与GW引起的变化。我们发现，这些变化的统计不对应于各向同性，随机GW背景。平均恢复的“Hellings & Downs”的模拟数据集之间的相关性不同的卫星，虽然相关性估计的分散大于预期的各向同性，随机GW背景。这些结果是由于这样一个事实，即只有少数GW源占主导地位的GW引起的变化，在每个傅立叶频率箱的5年数据集。对来自二进制SMBH的GW信号的幅度的电流约束将被偏置。在5年脉冲星定时阵列数据集中，个别双星系统可能是可检测的，其中噪声主要是由GW引起的变化。因此，在脉冲星定时阵列数据中对GWs的估计需要考虑单个GWs源的影响。
2012-10-14 astro-ph.CO gr-qc
