Searching for photon-sector Lorentz violation using gravitational-wave detectors
我们研究了在引力波探测器中使用干涉仪作为寻找光子扇形违反洛伦兹对称性的工具的前景。现有的干涉仪被证明是非常敏感的微小变化发生在周围和低于微赫兹范围的频率，包括在谐波的频率的地球的恒星旋转和年度革命有关的洛伦兹对称性的测试的光的有效折射率。我们使用激光干涉引力波天文台（LIGO）在2006-2007年获得的初步数据，将约束系数洛伦兹违反光子部门超过电流限制约四个数量级。
2016-08-08 gr-qc hep-ph
Searching for spin-2 ULDM with gravitational waves interferometers
从并合双星中探测到引力波，开启了引力波干涉仪天文学的时代。除了这些强的、瞬时的、灾难性的事件之外，如果振荡几乎是单色的并且是“连续的”，也就是说，在很长一段时间内是相干的，则可以检测到弱得多的信号。在这项工作中，我们表明，超轻暗物质的自旋2，由于其通用耦合$α$的标准模型领域，产生的信号是类似的，但不同于一个连续的引力波。我们表明，这个信号可以检测到当前和计划的引力波干涉仪。在零检测的情况下，目前的设施可以限制耦合低于$α\sim10^{-7}$几十赫兹的频率，对应于$10^{-13}$ eV标记周围的暗物质质量。未来的设施可以进一步降低这些上限，并将其扩展到更小的质量，低至$10^{-18}$ eV。在引力波干涉仪可达到的频率范围内，这些极限将是由$α$参数化的自旋2汤川第五力强度的最严格界限。因此，对引力波干涉仪进行这种类型的搜索将进一步加深我们对暗物质和引力的理解。
2021-04-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Searching for anisotropic stochastic gravitational-wave backgrounds with constellations of space-based interferometers
最近的许多工作表明，地面探测器的角分辨率太差，无法表征随机引力波背景（SGWB）的各向异性。为此，我们自问，一系列天基仪器是否更合适。我们认为激光干涉仪空间天线（LISA），一个星座的多个LISA类集群，和分赫兹干涉仪引力波天文台（DECIGO）。具体来说，我们测试这些检测器星座是否可以探测SGWB的各向异性。对于这个范围，我们认为SGWB产生的两个天体物理来源：合并紧凑的双星和最近提出的大规模黑洞种子形成的情况下，通过多次合并的恒星残余物。我们发现测量SGWB各向异性的角功率谱几乎是不可能的。然而，事实证明，可以通过与CMB波动的互相关来探测SGWB各向异性。特别是，我们发现两个类似LISA的探测器和CMB-S4的星座可以在一定程度上限制CMB透镜收敛和黑洞种子形成过程产生的SGWB之间的互相关。此外，我们发现DECIGO可以探测合并的紧凑型双星的CMB透镜和SGWB之间的互相关。
2022-12-12 astro-ph.CO gr-qc
The Detection of Gravitational Waves with LIGO
引力波发射被认为是由各种天体物理现象引起的。目前正在开发新一代探测器，其灵敏度符合对此类放射源的预期。激光干涉引力波天文台（LIGO），这些雄心勃勃的事业之一，正在由加州理工学院和麻省理工学院合作开发。它由两个相距甚远的干涉仪组成，它们将同时用于寻找致密双星系统、旋转中子星、超新星和其他发射引力波的天体物理或宇宙学现象的源。LIGO的建设正在顺利进行，并正在为调试阶段做准备。在这次演讲中，我回顾了引力波的基础物理学，回顾了可能的天体物理学和宇宙学来源，并讨论了LIGO干涉仪的现状和计划。
1999-05-08 gr-qc
LIGO: The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory
激光干涉引力波天文台（LIGO）的目标是探测和研究天体物理起源的引力波。直接探测引力波有望在强场范围内检验广义相对论，为黑洞和中子星等奇异天体提供新的探测手段，并发现未曾预料到的新天体物理学。LIGO是由美国国家科学基金会支持的加州理工学院-麻省理工学院联合项目，在美国两个相距甚远的地点运行三个多公里的干涉仪。这些探测器是几十年来全球技术开发、设计、建造和调试的结果。它们现在以其设计灵敏度运行，并且对小于1/1 E21的引力波应变敏感。有了这种前所未有的灵敏度，这些数据正在被分析，以检测或限制来自各种潜在天体物理源的引力波。
2009-05-19 gr-qc
Searching for a Stochastic Background of Gravitational Waves with LIGO
激光干涉仪引力波天文台（LIGO）已经进行了第四次科学运行S4，与之前的运行相比，干涉仪灵敏度显着提高。利用在这次科学运行中获得的数据，我们对引力波的随机背景的振幅进行了限制。对于与频率无关的频谱，新的极限是$Ω_{\rm GW} < 6.5 \times 10^{-5}$。这是目前在51-150 Hz频率范围内最灵敏的结果，比之前的LIGO结果提高了13倍。我们讨论的互补性的新结果与其他限制随机背景的引力波，我们调查的影响，新的结果为不同的模型，这种背景。
2006-09-21 astro-ph gr-qc
Searching for screened scalar forces with long-baseline atom interferometers
King’s College London（伦敦国王学院）；University of Cambridge（剑桥大学）；New York University（纽约大学）；University of Kentucky（肯塔基大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；University of Oxford（牛津大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）
针对暗区模型中普遍存在的屏蔽标量力，提出在10米级长基线原子干涉仪中配备环形平面源质量，通过Q翻转协议和原位校准程序解决背景区分与引力隔离问题，可将相关模型现有界限提高1至1.5个数量级。
2025-11-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Quantum noise in laser-interferometer gravitational-wave detectors with a heterodyne readout scheme
分析和讨论了信号回收激光干涉仪引力波探测器中的量子噪声，如先进的LIGO，使用外差读出方案，并考虑到光机械动力学。与零差检测相反，外差读出方案可以同时测量输出场的一个以上正交，提供优化干涉仪灵敏度的附加方式，但以附加噪声为代价。我们的分析提供了所需的框架，以评估零差或外差读出方案是更理想的第二代干涉仪从天体物理的角度来看。作为一个更理论的结果，我们的分析，我们表明，由于海森堡不确定原理的外差计划不能将传统的干涉仪（宽带）量子非爆破干涉仪。
2003-02-11 gr-qc
Prospects for Stochastic Background Searches Using Virgo and LSC Interferometers
我们考虑使用Virgo和LSC干涉仪（LIGO Livingston，LIGO Hanford和GEO600）搜索随机引力波背景的互相关测量问题。我们发现，列入处女座到网络将大大提高灵敏度，200赫兹以上的相关性，如果所有的检测器都在其设计灵敏度。这是说明使用模拟的各向同性随机背景信号，产生的天体物理学动机的频谱，注入到24小时的模拟噪声的LIGO和处女座干涉仪。
2007-07-09 gr-qc
Searching for Gravitational Waves from the Inspiral of Precessing Binary Systems: Astrophysical Expectations and Detection Efficiency of "Spiky'' Templates
相对论性的自旋-轨道耦合和自旋-自旋耦合已经被证明可以改变由黑洞和中子星组成的螺旋双星的引力波形。因此，如果在引力波搜索中忽略岁差效应，由于信噪比的显著损失，可能会错过螺旋信号。我们研究的灵敏度预期损失的信噪比的两个因素：作为真实信号和自旋轨道倾角的预期分布的进动波形的准确性，鉴于目前的理解，他们的物理起源。我们发现，使用近似技术产生的信号所获得的结果是在良好的协议，通过集成的2 PN方程所获得的。这表明，一个完整的帐户，所有高阶后牛顿效应通常是不必要的检测效率的测定。根据我们目前的天体物理学预期，大倾角是不受欢迎的，因此，探测率的下降相对于黑洞自旋幅度变化相当缓慢，在最大可能值的20- 30%范围内。
2004-04-08 astro-ph gr-qc
Searching for MHz Gravitational Waves from Harmonic Sources
利用从Holometer获得的704小时数据集进行了MHz引力波谐波源搜索，Holometer是一对40米功率回收的迈克耳孙干涉仪。我们的搜索是为了寻找宇宙弦环和偏心黑洞双星在一个完全未探索的频率范围从1到25兆赫。两个干涉仪之间的测量的交叉谱密度被用来执行四个不同的搜索。首先，我们搜索以识别具有超过5 $σ$的过量功率的任何基频仓。其次，我们通过采用基频及其谐波全部共同位于阈值之上来降低任何单独频率仓上的每仓阈值。我们改变搜索的谐波数量，从$n= 4$到$n=23$。第三，我们执行一个不可知的方法来识别谐波候选人，可能有一个单一的污染频率箱或遵循幂律依赖。最后，我们扩大了不可知的方法，为个人的候选人和搜索潜在的潜在人口的谐波源。每种方法都在干涉仪数据集以及暗噪声、光子散粒噪声限制和模拟高斯噪声数据集上进行了测试。我们的结论是，这四种不同的搜索方法没有找到任何候选频率，将是一致的谐波源。这项工作提出了一种寻找引力波候选者的新方法，使我们能够调查以前未探索的频率范围。
2020-10-13 astro-ph.IM gr-qc
Searching for Gravitational-Wave Bursts with LIGO
我们介绍了LIGO科学合作组织最近对引力波辐射爆发的搜索结果，以及其他正在进行的搜索的状态。其中包括直接搜索与观测源有关的爆发（伽马射线暴、软伽马中继器）和非触发搜索未知源的爆发。我们还介绍了一些较新的研究，如相干网络方法的状态。我们展示的方法来解释我们的搜索结果的天体物理源分布，提高他们的可访问性更广泛的社区。
2007-06-28 gr-qc
Neutron displacement noise-free interferometer for gravitational-wave detection
通过组合多个检测器信号来消除其测试质量的所有位移噪声并保持引力波（GW）信号的干涉仪设计被称为无位移噪声干涉仪（DFI）。这个想法已经考虑过以前的激光干涉仪。然而，激光DFI的局限性在于其敏感频带对于天体物理GW源、$\sim 10^5\,{\rm Hz}$甚至对于更大尺寸的干涉仪来说太高。为了规避这一限制，在本文中，我们提出了一种中子DFI，其中使用中子而不是光。由于中子的速度比光速低得多，中子DFI的敏感频带可以降低到$\sim 10^{-1}\,{\rm Hz}$。因此，中子DFI可用于探测地面上普通激光干涉仪无法探测到的GWs。
2022-05-24 gr-qc
Search techniques for gravitational waves from black-hole ringdowns
在所有的天文引力辐射源中，旋转的黑洞的微小扰动所产生的振铃波形也许是最容易理解的：对于这种扰动的后期阶段，波形只是一个指数衰减的正弦曲线。从干涉测量引力波天线数据中搜索这些应该相对容易。在本文中，我提出了一个单一的过滤器搜索振铃波形所产生的50太阳质量的黑洞与98%的最大自旋角动量使用的数据从加州理工学院40米原型干涉仪的结果。这种搜索说明了技术，可用于分析数据，从未来的大规模干涉仪，并描述了一些困难，目前在干涉仪数据的分析。最重要的是，它说明了在两个独立的干涉仪的输出中使用重合事件（这里由两个不同时间的40米数据模拟），以大大降低假事件率。这种符合将是未来在更大尺度的干涉仪中进行引力波搜索的必要工具。
1999-01-28 gr-qc
Searching for periodic sources with LIGO. II: Hierarchical searches
探测准周期性引力波源需要长时间观测的信噪比积累。如果不消除，地球运动引起的多普勒调制和引力波频率的内在变化使信号无法检测。这些影响可以使用频率演变的参数化模型来校正（去除）。我们计算的独立校正$N_p(ΔT,N)$的数量不相干的搜索策略，使用堆叠的功率谱-解调的时间序列被划分为$N$段的长度$ΔT$，每一段是FFTed，功率计算，和$N$频谱总结。我们估计，使用非相干堆栈的全天搜索的灵敏度是一个因素的2- 4优于将实现使用相干傅立叶变换，非相干方法在探索大参数空间的计算效率。一种两阶段的分级搜索方法，对老（>= 1000年）慢（<= 200 Hz）星和年轻（>= 40年）快（<= 1000 Hz）星的全天搜索，灵敏度又提高了20- 60%。假设数据分析的有效计算能力为10^{12}次浮点运算，增强的LIGO干涉仪应该对以下情况敏感：（i）在200 Hz下具有$ε\agt5\times 10^{-6}$引力椭圆率的银河系核心恒星，（ii）新生中子星的不稳定r模式发射的引力波，距离约为8 Mpc，以及（iii）LMXB中的中子星，其x射线通量超过$2 \times 10^{-8} erg/(cm^2 s)$。此外，如果干涉仪是在信号再循环的窄带配置下工作的，那么来自天蝎座X-1中子星的引力波应该是可以探测到的。
1998-12-04 gr-qc
A pipeline for searching and fitting instrumental glitches in LISA data
本文提出一种采用先进贝叶斯技术（如可逆跳跃MCMC和并行回火）的流水线，用于搜索和拟合LISA数据中的仪器故障，能同时处理多种故障形态并准确推断大质量黑洞双星，有效区分仪器噪声与天体物理信号。
2025-09-12 astro-ph.IM gr-qc
Fundamental Noise and Gravitational-Wave Sensitivity of the Laser Interferometer Lunar Antenna (LILA)
针对毫赫兹至十分赫兹频段天体物理引力波探测，提出激光干涉仪月球天线（LILA）任务，利用月球安静地震环境及简正模式共振，其Pioneer阶段达该频段研究所需灵敏度，Horizon阶段可提升至宇宙学视界水平。
2025-08-25 astro-ph.IM gr-qc
Searching for new physics during gravitational waves propagation
地面干涉仪对引力波的直接探测为探索引力理论开辟了一条前所未有的通道。有几种理论预测了引力波在传播过程中的色散，与他们从广义相对论的预测相比，LIGO和Virgo观察到的信号发生了扭曲。这样的色散可能会导致用引力辐射推断的光度距离相对于电磁辐射的修改。通过分析两个多信使事件，我们设置了一个大类的建议的理论，包括额外的维和标量张量理论的约束。多信使事件是与GRB 170817 A相关的双星中子星合并GW 170817，以及双星黑洞合并GW 190521和假设的候选电磁对应物ZTF 19abanrhr。在不依赖于多信使发射的情况下，一类被提出的理论预测了引力波的频率依赖性色散打破了洛伦兹不变性。通过分析31 GW事件从二进制黑洞合并，我们限制了几个参数的洛伦兹破坏，包括引力子质量的最佳约束。
2021-06-29 gr-qc
Circular Polarization of the Astrophysical Gravitational Wave Background
本文揭示了由未解析源泊松涨落产生的天体物理引力波背景圆偏振可被第三代干涉仪探测，并指出需利用频率和角依赖性清除该噪声以搜寻早期宇宙信号。
2023-07-10 astro-ph.CO gr-qc
Upper limits on gravitational-wave signals based on loudest events
对引力波爆发的研究往往集中在寻找探测和确定天体物理总体上限的最大声事件上。典型的上限已报告的事件率和事件振幅，然后可以转化为天体物理种群的约束。我们描述了这样的上限的数学构造。
2004-05-07 gr-qc
Science with the space-based interferometer LISA. V: Extreme mass-ratio inspirals
天基激光干涉仪空间天线（LISA）将能够观测由大质量黑洞和恒星质量致密物体组成的系统的引力波信号。这些系统被称为极端质量比吸气（EMRI），预计将在频带内完成$\sim 10^4$ - $10^5$循环，从而允许精确测量其参数。在这项工作中，我们试图量化的天体物理学的不确定性影响的预测的EMRI检测的LISA的数量，并发现竞争的天体物理学假设产生的方差约三个数量级的预期内在EMRI率。然而，我们发现，无论天体物理模型如何，每年至少有几个EMRI应该被LISA任务探测到，在最乐观的天体物理假设下，每年高达几千个。我们还调查的精度，LISA将能够提取这些来源的参数。我们发现，利用分数阶统计误差可以恢复内禀参数（红移质量、大质量黑洞自旋和轨道偏心率），其误差为$\sim 10^{-6}$ - $10^{-4}$ .亮度距离（这是推断真实质量所必需的）被推断为大约$10\%$精度，天空位置被定位到几个平方度，而克尔度规的多极结构的测试可以被执行到100级精度或更好。
2018-04-11 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Searching for Inflation in Simple String Theory Models: An Astrophysical Perspective
试图将弦论与天体物理学观测联系起来的努力受到了一个术语的阻碍，在这个术语中，大量令人生畏的东方褶皱、卡勒势等阻碍了宇宙学家试图从最近的文献中计算出特定弦论解的天体物理学观测值。我们试图帮助弥合这一差距，给出了详细的例子，针对天体物理学家和高能理论家一样，如何计算预测熟悉的宇宙学参数时，开始与10维弦论行动的教学阐述。这是通过研究弦论中的暴胀来完成的，因为暴胀是早期宇宙物理学如何确定宇宙学参数的主导范式。我们分析了三个显式弦模型，从最近的文献中，每个包含一个无限数量的“真空”的解决方案。我们对一些自然的候选暴胀子，即所谓的“模场”进行了数值研究，但没有发现暴胀。我们还发现，在最简单的模型中，在适当的场重新定义之后，大量的这些真空的差异仅在于乘以有效暴胀子势的总常数，这种差异既不影响势的形状，也不影响其支持慢卷暴胀的能力。这说明，即使有无限多的真空，也不能保证有膨胀的真空。这可能是我们所研究的模型的简单性造成的。相反，似乎需要更复杂的弦论模型，这表明明确识别弦景观的膨胀子集将是一个挑战。
2007-11-13 astro-ph gr-qc hep-ph
Searching for a subpopulation of primordial black holes in LIGO/Virgo gravitational-wave data
迄今为止，LIGO/Virgo探测到了几十个双黑洞事件，预计未来几年还会有更多的双黑洞事件，引力波天文学正在从单个事件分析转向群体研究。使用GWTC-2目录，我们进行了分层贝叶斯分析，第一次结合了几个国家的最先进的天体物理形成模型与人口的原始黑洞（PBH）和约束的一个假定的子人口PBH的数据的分数。我们发现，这一部分显着依赖于一套假设的天体物理模型。虽然原始人口统计上有利于某些竞争性的天体物理通道，如球状星团和核星团，一个占主导地位的贡献，从稳定的质量转移孤立的形成通道大大减少了对PBH的需要，除了解释像GW 190521的质量间隙事件的速率。膨胀后形成的黑洞对LIGO/Virgo观测有贡献的诱人可能性只能通过进一步减少天体物理和原始形成模型的不确定性来验证，并且最终可能由第三代干涉仪证实。
2022-05-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The first observations of wide-band interferometers and the spectra of relic gravitons
宇宙起源的遗迹引力子的随机背景从aHz到GHz范围的频率。由于温度和偏振各向异性约束的频谱的低频归一化，在和谐的范例对应于宽带干涉仪的频率窗口的应变振幅原来是，大约，9个数量级小于最近报道的惊人的信号，并归因于一个二进制黑洞合并。从早期宇宙的遗迹引力子预期的背景进行比较，从估计的天体物理源的多样性所产生的随机前景。有人建议，虽然天体物理前景可能占主导地位的几个Hz和10 kHz之间，频率超过100 kHz的遗迹引力子代表了一个潜在的未受污染的信号，目前正在审查的下一代高频探测器。
2016-06-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Astrophysical Sources of Stochastic Gravitational-Wave Background
我们回顾了天体物理起源的随机背景的光谱特性，并讨论了它们的统计特性如何与原始贡献不同。我们表明，随机搜索与下一代的地面干涉仪可以把有趣的约束天体物理种群的物理性质，如椭圆率和磁场的磁星，或合并率的紧凑的双星。
2011-08-02 astro-ph gr-qc
Searching for cosmological stochastic backgrounds by notching out resolvable compact binary foregrounds with next-generation gravitational-wave detectors
本文研究下一代地面引力波探测器中宇宙学随机背景的搜寻问题，提出在考虑参数估计不确定性条件下利用时频域陷波移除可分辨致密双星前景，发现该方法可将前景压低至约5%，并指出不可分辨前景才是主要限制。
2024-09-30 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Searching for gravitational-wave transients with a qualitative signal model: seedless clustering strategies
在应变功率谱图中，引力波爆发可以观察到明亮的像素簇。聚类算法可用于识别候选引力波事件。聚类通常通过将功率超过某个阈值的种子像素分组在一起来识别。然而，如果引力波信号是长寿命的，那么多余的能量可能会分散在许多像素上，这些像素都没有足够的亮度成为种子。没有种子，通过聚类进行检测的问题变得更加复杂。在本文中，我们研究了搜索长寿命窄带引力波爆发的无籽聚类算法。使用四个天体物理动机的测试波形，我们比较了两种算法，使用种子的无籽聚类算法。我们发现，种子算法可以检测引力波信号（在固定的误报率和误报率）之间的距离大于150-200%的种子为基础的聚类算法，相应的显着增加检测量：420- 740%。这种灵敏度的提高可能会将第二代探测器（如Advanced LIGO和Advanced Virgo）的探测范围扩大到天体物理学上感兴趣的距离。
2013-09-04 astro-ph.IM gr-qc
Constraining primordial non-Gaussianity and parity-violation through Scalar-Induced Gravitational Waves with next-generation ground-based interferometers
Università di Pisa（比萨大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)（意大利国家核物理研究所）；Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)（意大利国家天体物理研究所）
研究利用第三代引力波探测器通过标量诱导引力波探测原初非高斯性和宇称对称性，开发框架考虑相关贡献并进行参数推断，表明未来干涉仪能约束相关谱及参数，即便有天体物理前景也可有效约束。
2026-07-20 astro-ph.CO gr-qc
Ultra-stable performance of an underground-based laser interferometer observatory for gravitational waves
为了探测产生引力波（GW）辐射的罕见天体物理事件，需要GW天线具有足够的稳定性以允许长期观测。在实际应用中，地震激励是影响悬镜激光干涉仪稳定工作的最常见的扰动之一。因此，一个允许更稳定操作的简单方法是将天线，即“观测站”，定位在“安静”的地点。在日本神冈附近地下1000米处研制了基线长度为20米的激光干涉引力波天线。该项目是一个独特的示范原型激光干涉仪的引力波观测位于地下。极其稳定的环境是进入地下的主要动机。在本文中，所展示的超稳定操作的干涉仪和良好的保持天线灵敏度的报告。
2004-03-18 astro-ph gr-qc
A family of filters to search for frequency dependent gravitational wave stochastic backgrounds
我们考虑了一种基于破幂律谱的三维滤波器族，用于搜索来自地球激光干涉仪数据中的引力波随机背景。我们表明，这样的模板产生必要的拟合因子为广泛的宇宙学背景和天体物理学前景，并在设计灵敏度的第一代激光干涉仪的数据中搜索这些信号所需的滤波器的总数是相当小的
2003-12-10 gr-qc
Laser-interferometric Detectors for Gravitational Wave Background at 100 MHz : Detector Design and Sensitivity
近年来，对引力波背景（GWB）的观测研究取得了很大进展，并在很宽的频率范围内对GWB的能量密度给出了直接和间接的约束。这些限制已经拒绝了一些理论模型的大GWB谱。然而，在100 MHz时，直接观测并没有严格的上限，尽管大爆炸核合成导致的He 4丰度存在间接限制。在本文中，我们提出了一个实验，激光干涉仪搜索GWB在100 MHz。我们考虑了三种探测器设计，并评估了单个探测器的GW响应函数。结果，我们发现，在100 MHz，最灵敏的检测器是设计，一个所谓的同步循环干涉仪，它具有更好的灵敏度比普通的法布里-珀罗迈克耳孙干涉仪的3.3倍，在100 MHz。我们还给出了最佳的灵敏度，可在100 MHz与现实的实验参数。
2008-01-30 gr-qc
Searching for parity violation with the LIGO-Virgo-KAGRA network
一个随机的引力波背景，预计将出现从叠加的天体物理和宇宙学的起源众多的引力波源。许多宇宙学模型都可能有宇称违反，导致圆极化引力波的产生。提出了一种在引力波数据中寻找宇称破坏的方法。我们首先将这种方法应用于最近的第三次LIGO-Virgo观测运行。然后，我们研究了未来A+ LIGO-Virgo探测器的约束能力，包括KAGRA到网络，用于早期宇宙宇宙学湍流产生的引力波背景。
2021-03-11 gr-qc hep-ph
Ability of LISA to detect a gravitational-wave background of cosmological origin: the cosmic string case
我们研究了激光干涉仪空间天线（LISA）探测宇宙弦产生的随机引力波背景（GWB）的能力，并随后估计存在仪器噪声、致密双星的天体物理背景和白矮星双星的银河前景时的弦张力$Gμ$。Fisher信息和马尔可夫链蒙特卡罗方法提供了LISA噪声和不同信号源的参数的估计。我们证明了LISA的能力，同时估计银河系的前景，以及天体物理和宇宙弦产生的背景。考虑到预期的天体物理背景和银河系前景，LISA可以测量$G μ\approx 10^{-16}$到$Gμ\approx 10^{-15}$范围内或更大范围内的宇宙弦张力，其中银河系前景对这一极限的影响大于天体物理背景。本文提出的参数估计方法也适用于LISA观测波段的其他宇宙学背景。
2022-01-11 gr-qc
Spectral separation of the stochastic gravitational-wave background for LISA: galactic, cosmological and astrophysical backgrounds
在其观测波段，激光干涉仪空间天线（LISA）将同时观测不同来源的随机引力波背景（SGWB）信号;来自银河系白矮星双星的轨道调制波形，一个双星黑洞产生的背景，并可能是宇宙学产生的SGWB。我们模拟了银河系白矮星双星的引力波发射的朗伯\cite{Lamberts}分布的基础上，并确定了一个复杂的波形从银河系前景。利用LISA探测到的银河系调制信号，利用Fisher信息和马尔可夫链蒙特卡罗方法对不同信号源的LISA噪声和参数进行了估计，并提出了相应的数据分析策略。我们同时估计银河系前景，天体物理和宇宙学背景，并估计未来的LISA观测SGWB在光谱域的3个通道$ A $，$ E $和$ T $的探测限。在预期的天体物理背景和银河系前景的背景下，宇宙学背景能量密度约为$ Ω_{GW,Cosmo} \approx 8 \times 10^{-13} $可以检测到LISA与我们的光谱分离策略。
2021-05-17 gr-qc
Systematic calibration error requirements for gravitational-wave detectors via the Cramér-Rao bound
引力波（GW）激光干涉仪，如先进的LIGO，将时空应变转化为光功率波动。将这种光功率波动转换回估计的时空应变需要一个校准过程，该过程考虑了干涉仪的光机响应和用于控制干涉仪测试质量的反馈控制回路。校准参数中的系统误差导致GW应变估计中的系统误差，并且因此导致特定GW信号中的天体物理参数估计中的系统误差。在这项工作中，我们研究了这种效应的GW信号类似于GW 150914，无论是低功率探测器操作类似于第一和第二先进LIGO观测运行和高功率操作失谐信号提取。我们设置的校准精度的要求，使天体物理参数估计是有限的随机探测器噪声引入的错误，而不是校准系统。我们还研究了系统校准误差对可能探测到的大质量引力子的影响。
2017-12-28 astro-ph.IM gr-qc
Searching for structure in the binary black hole spin distribution
并合双星中黑洞的自旋可以通过它们的引力波辐射来揭示与这些系统的形成和演化有关的信息。结合事件来推断黑洞自旋的天体物理分布，使我们能够确定不同形成场景对人口的相对贡献。许多先前的工作已经使用参数模型来模拟自旋布居分布。虽然当观察到的人群很小时，这些方法是有价值的，但它们对底层分布的形状做出了强有力的假设，并且由于错误建模而极易受到偏差的影响。只有当允许的分布形状是有动机的（即天体物理原因），用这种参数模型得到的结果才是有效的。在这项工作中，我们放松了这些先验假设，并使用更数据驱动的方法对自旋分布进行建模，使用灵活的三次样条插值对这些分布进行建模，以便捕获参数模型无法捕获的结构。我们发现，增加这种灵活性的模型大大增加了推断的分布的不确定性，但发现在高自旋幅度和自旋倾斜分布与各向同性取向一致的一般趋势较低的支持。我们推断，62 - 87%的黑洞的自旋幅度小于a = 0.5，27- 50%的黑洞表现出负的$χ_{\rm eff}$。使用推断的$χ_{\rm eff}$分布，我们把一个保守的上限为37%的贡献的层次合并的天体物理学的BBH人口。此外，我们发现，工件从未收敛的蒙特卡罗积分的可能性可以表现为假峰和结构推断的分布，强制使用足够数量的样本时，使用蒙特卡罗积分人口推断。
2023-03-14 astro-ph.HE gr-qc
Calibration Uncertainty's Impact on Gravitational-Wave Observations
我们校准当前千分之一级干涉仪的能力可能会混淆天体物理信号的推断。当前的校准不确定性很好地描述了高斯过程。我利用这个描述来分析检验校准不确定性的影响。我推导出封闭形式的表达式的校准误差给定的观测数据和天体物理信号（天体物理校准）的条件可能性，以及给定的信号（集成的校准不确定性）的数据的边际可能性。我表明，校准的不确定性总是降低搜索灵敏度和有关天体物理信号的信息量。此外，校准不确定性将从根本上限制强信号的精度，这是考虑拟议的第三代干涉仪的科学潜力时的一个关键因素。例如，我估计，在探测器响应的幅度和相位中具有$1\%$不确定性的情况下，对于信噪比为$\gtrsim 10^4$的信号，人们只能测量1.4+1.4 $\,M_\odot$系统的领先阶潮汐参数（$\tildeΛ$），以优于$\pm 1$（$\sim 0.2\%$相对不确定性）。在该信噪比下，与单独的平稳高斯噪声相比，校准不确定性使$σ_{\tildeΛ}$增加$2$的因子。此外，1\%的校准不确定度限制了精度始终为$σ_{\tildeΛ} \gtrsim 0.5$。我还展示了如何最好地选择校准的频率应精确地限制，以尽量减少有关天体物理参数的信息丢失。为了对单个信号进行精确的天体物理推断，没有必要在所有频率下都将校准误差限制为很小。
2022-02-02 astro-ph.IM gr-qc
Quantum Limits of Interferometer Topologies for Gravitational Radiation Detection
为了扩展引力波探测器的天体物理范围，已经提出了几种干涉仪拓扑结构，以规避未来探测器的热力学和量子力学限制。在这项工作中，我们做了一个系统的比较，其中考虑到他们的敏感性和复杂性。我们通过引入一个成本函数来优化它们的灵敏度，该成本函数试图最大化当前检测器灵敏度的宽带改进。我们发现，频率相关的挤压光注入与百米规模的滤波腔产生了良好的宽带灵敏度，具有低复杂性，对光损耗和良好的鲁棒性。该研究为今后提高引力波探测器性能的近期实验研究提供了指导。
2014-06-09 gr-qc physics.ins-det quant-ph
Astrophysical science metrics for next-generation gravitational-wave detectors
第二代引力波探测器正在世界各地建造和调试。探测来自双黑洞的信号开始实现引力波天文学的承诺。在这项工作中，我们研究了几种可能的配置在现有的公里级设施的第三代激光干涉仪。我们提出了一套天体物理动机的指标来评估检测器的性能。我们衡量探测器设计选择对这些指标的影响，提供了一个定量的成本效益分析所产生的科学回报。
2019-05-20 astro-ph.HE gr-qc physics.ins-det
The Laser Interferometer Space Antenna: Unveiling the Millihertz Gravitational Wave Sky
第一个地面引力波干涉仪已经戏剧性地强调了通过一个完全不同的窗口观察宇宙的科学价值，以及将这个新的信息通道与传统的天文数据合并以获得多信使视图的科学价值。激光干涉仪空间天线（LISA）将扩大引力波天文学的范围，对毫赫兹引力波天空进行首次调查，探测数以万计的单个天体物理源，从我们银河系中的白矮星双星到红移超过再电离时代的大质量黑洞的合并。这些观测将为我们提供信息，并改变我们对恒星演化、大质量黑洞诞生以及星系和黑洞在宇宙时间中共同演化的最终状态的理解。LISA也有可能探测到来自难以捉摸的天体物理源（如中等质量黑洞）以及奇异的宇宙学源（如暴胀场和宇宙弦尖）的引力波发射。
2019-07-26 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Searching for Fossil Fields in the Gravity Sector
暴胀过程中存在额外场的证据可以在大范围尺度上的标量谱和张量谱的各向异性中找到。事实上，在单场慢滚范例之外，长张量模式可以调制功率谱，从而引起相当大的四极各向异性。我们研究如何发挥这种动态张量两点相关器。由此产生的四极存储压缩张量非高斯性的信息，特别是那些来源于额外的场内容，并负责打破所谓的一致性关系。我们强调了各向异性作为新物理探测器的潜力：通过检测B模式在CMB尺度上可进行测试，通过干涉仪和脉冲星定时阵列在较小尺度上可访问它们。
2019-06-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Fundamental sensitivity limit of lossy cavity-enhanced interferometers with external and internal squeezing
本文推导了存在光学损耗时腔与压缩光增强干涉仪的基本灵敏度极限，证明通过引入额外的内部压缩操作可有效减轻读出损耗并达到最佳灵敏度，为真实场景下最优传感器的开发奠定了基础。
2023-07-18 gr-qc quant-ph
All You Need is not $Ω_\mathrm{gw}$: Beyond the Mean of the Cross-Correlation Estimator when Searching for an Astrophysical Gravitational-Wave Background
School of Physics and Astronomy, University of Minnesota（明尼苏达大学物理与天文学学院）；William H. Miller III Department of Physics and Astronomy, Johns Hopkins University（约翰霍普金斯大学威廉·H·米勒三世物理与天文学系）
该研究针对天体物理引力波背景搜寻的互相关估计量，分解其分量并计算累积量，发现LIGO O5下估计量呈高斯性，CE下双黑洞产生的估计量非高斯，验证了高斯似然框架并推动更复杂统计方法发展。
2026-08-12 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Detecting a gravitational-wave background with next-generation space interferometers
未来的引力波天文学任务将由空间干涉仪操作，覆盖非常广泛的频率范围。搜索随机引力波背景（GWB）是这样的任务的主要目标之一，我们在这里讨论的前景（原始）GWB的各向同性和各向异性组件的频率0.1-10 Hz附近的直接测量。在扩展相关分析的理论基础之后，我们评估了未来空间干涉仪任务的灵敏度和信噪比，如大爆炸观测器（BBO），Deci-Hertz干涉仪引力波观测器（DECIGO）和最近提出的法布里-珀罗型DECIGO。低频下的天体物理前景可能是一个很大的障碍，显著降低了GWB的信噪比。因此，只要适当地减去前景点源，最小可检测幅度可以达到h^2 \ogw = 10^{-15} \sim 10^{-16}。在相关分析的基础上，我们还讨论了GWB各向异性的测量。作为一个例子，我们的本地系统的自行引起的GWB的偶极矩检测所需的灵敏度水平进行了仔细检查。
2005-12-23 astro-ph gr-qc
Searching for extreme mass ratio inspirals in LISA: from identification to parameter estimation
本研究提出一种新搜索策略，用于从LISA噪声数据中识别极端质量比旋进信号并执行参数估计，是理解未来数据提取的关键步骤。
2025-05-23 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Characterizing accreting double white dwarf binaries with the Laser Interferometer Space Antenna and Gaia
我们展示了一种方法来充分表征质量转移双白矮星（DWD）系统与富氦（He）WD捐助者的基础上的质量-半径关系的He WD。使用一个模拟的银河系人口的DWDs，我们表明，施主和吸积物的质量可以推断为$\sim\, 60$系统观察到的激光干涉仪空间天线（LISA）和盖亚。这些系统中有一半将具有质量约束$Δ\,M_{\rm{D}}\lesssim0.2M_{\odot}$和$Δ\,M_{\rm{A}}\lesssim2.3\,M_{\odot}$。我们还展示了如何轨道频率的演变，由于天体物理过程和引力辐射可以解耦的总轨道频率的演变高达$\sim 50$这些系统。
2018-04-30 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Quantum interactions between a laser interferometer and gravitational waves
LIGO探测到的引力波标志着广义相对论对量子物质的可测量效应迈出了第一步。在目前的运行中，激光干涉引力波探测器在高频下已经受到量子限制，计划中的升级旨在将噪声基底降低到更宽带宽上的量子水平。这提出了一个有趣的想法，即引力波探测器，或者更一般的光机系统，除了从高能天体物理事件中探测引力波之外，还可以揭示什么关于引力的信息，比如它的量子性质与经典性质。本文对引力波及其与探测器的相互作用进行了量子处理。我们表明，治疗恢复已知的运动方程在经典的重力极限，我们应用我们的配方来研究系统动力学，特别注重重力量子化的影响。我们的框架也可以扩展到研究引力的替代理论，以及它们的特征在量子光学机械系统中表现出来的方式。
2018-08-28 gr-qc quant-ph
Detecting Ultralight Dark Matter Gravitationally with Laser Interferometers in Space
本研究提出仅通过引力作用，利用空间引力波激光干涉仪探测超轻暗物质，验证了μHz频段天基探测器可探测质量m≲10⁻¹⁸ eV的矢量超轻暗物质，填补了部分质量区间的探测空白。
2024-04-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Compact Michelson interferometers with subpicometer sensitivity
自2015年以来，干涉引力波观测站网络已成功探测到数十个天体物理信号。在本文中，我们实验研究紧凑的传感器，有可能提高引力波探测器的灵敏度，中等质量的黑洞。我们只使用商业组件，如传感头和激光器，组装的设置，并证明其亚皮米精度。该装置由一对迈克尔逊干涉仪组成，该干涉仪使用深度频率调制技术在多个干涉条纹上获得线性相对位移读数。我们实现了一个激光频率稳定方案，以达到0.3的灵敏度，$\text{pm} / \sqrt{\text{Hz}}$以上0.1\，Hz。该装置还具有改进其他实验的潜力，如扭秤和商用地震仪。
2022-10-04 gr-qc physics.ins-det
Searching New Particles at Neutrino Telescopes with Quantum-Gravitational Decoherence
讨论了高能天体物理中微子的波包退相干和量子引力通过与时空泡沫相互作用引起的退相干的相互作用。在这种背景下，我们指出了一个令人信服的结果的期望，量子引力应该打破全球对称性，即量子引力诱导的退相干可能不仅是最敏感的探针的量子性质的时空，但也可以提供一个强大的工具，寻找新的粒子，包括完全解耦的背景相互作用只有引力，同时也是了解黑洞信息处理复杂性的一个窗口。
2022-02-07 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Measuring the spectrum of primordial gravitational waves with CMB, PTA and Laser Interferometers
我们调查的可能性测量的原始引力波（GW）信号在21个十年的频率，使用宇宙微波背景（CMB），脉冲星定时阵列（PTA），激光和原子干涉仪。对于CMB和PTA实验，我们分别考虑LiteBIRD任务和平方公里阵列（SKA）。对于干涉仪，我们考虑空间任务建议，包括激光干涉仪空间天线（LISA），大爆炸观测器（BBO），分赫兹干涉仪引力波天文台（DECIGO），$μ$战神实验，分赫兹天文台（DO）和暗物质和重力探索空间原子实验（AEDGE），以及地基爱因斯坦望远镜（ET）建议。我们实现所需的数学计算灵敏度的CMB和干涉仪，并从第一原理推导出后者的响应函数。我们还评估了每个实验中天体物理前景污染的影响。我们提出了两类有代表性的原始GW随机背景模型的能量密度参数$Ω_{GW}h^2$的分箱灵敏度曲线和误差条，作为频率的函数：来自单场慢卷暴胀的度量中的量子真空涨落，以及来自旁观者轴子SU（2）暴胀模型的源诱导张量扰动。我们发现良好的前景，联合测量的GW频谱的CMB和星载干涉仪的任务建议。
2020-11-16 astro-ph.CO gr-qc
Vibration Isolation for the Laser Interferometer Lunar Antenna
The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）
LILA地平线通过悬挂技术实现亚赫兹引力波探测，解决地震背景干扰问题。
2025-12-12 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Prospects for observing extreme-mass-ratio inspirals with LISA
激光干涉仪空间天线（LISA）的一个关键天体物理学来源是恒星源致密物体进入星系中心大质量黑洞的螺旋。这些极端质量比螺旋（EMRI）在天体物理学，宇宙学和基础物理学方面具有巨大的潜力。在本文中，我们描述了可能的数字和性质的EMRI事件，LISA将观察。我们提出了为2.5 Gm干涉仪计算的第一个结果，该干涉仪是2017年1月提交的新基线任务，以响应ESA L3任务调用。此外，我们试图量化的天体物理的不确定性，在EMRI事件率估计考虑一系列不同的模型的天体物理人口。我们提出了可能的事件发生率和估计的精度与所观察到的源的参数可以测量。最后，我们讨论了这些结果对使用EMRI的科学的影响。
2017-03-31 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Stochastic background from extra-galactic double neutron stars
我们提出的蒙特卡罗模拟的星系外人口的吸气双中子星，并估计其贡献的天体物理引力波背景，在地面干涉仪的频率范围内，对应于最后一个稳定轨道前的最后一千秒时，超过96%的信号被释放。我们表明，在红移z>0.5的源有助于一个真正的连续的背景，可以检测到相关的第三代干涉仪。
2007-07-30 astro-ph gr-qc
