Likelihood-ratio ranking of gravitational-wave candidates in a non-Gaussian background
我们描述了一个一般的方法来检测瞬态引力波信号中存在的非高斯背景噪声。我们证明，在相当一般的条件下，所观察到的数据包含一个信号的可能性，它是一个噪声波动的可能性的比率提供了最佳的排名在实验中发现的候选事件。似然比排名允许我们将不同类型的数据组合到一个分析中。我们适用于统一的独立实验的结果和会计的非高斯工件的问题，在寻找引力波从紧凑的二进制聚结LIGO数据的一般框架的问题。我们分析和确认，通过模拟，在这两种情况下的似然比统计结果在一个改进的分析。
2012-01-17 astro-ph.IM gr-qc
Gravitational wave parameter estimation with compressed likelihood evaluations
引力波（GW）天文学的主要瓶颈之一是执行参数估计和GW搜索的高成本。我们提出了一种新的技术，基于降阶求积（ROQs），应用程序和数据特定的求积规则，进行快速和准确的似然评估。这是马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）算法的主要成本，广泛应用于参数估计研究，因此ROQs提供了一种新的方法来加速GW参数估计。我们说明了我们的方法，使用一个四维GW突发模型嵌入噪声。我们建立了一个ROQ这个模型，并执行四维MCMC搜索与标准和ROQs正交规则，表明，对于这个模型，ROQ的方法是大约25倍的速度比标准的方法，基本上没有损失的准确性。使用ROQ的加速预计将增加更复杂的GW信号模型，因此具有显着的潜力，以加速GW源，如紧凑的二元聚结的参数估计。
2013-09-25 astro-ph.IM gr-qc stat.CO
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
Likelihood for Detection of Sub-parsec Supermassive Black Hole Binaries in Spectroscopic Surveys
出于观测搜索亚秒差距超大质量黑洞二进制文件（SBHBS），我们开发了一个模块化的分析模型，以确定正在进行的光谱调查检测SBHBS的可能性。该模型结合了参数化率的轨道演化的SBHB在circumbinary磁盘与光谱调查的选择效果，并返回一个多变量的可能性SBHB检测。基于这个模型，我们发现，为了发展到检测窗口的光谱搜索从更大的分离在小于哈勃时间，$10^8M_\odot$ SBHBs必须，平均而言，经历角动量传输速度比所提供的磁盘吸积率$0.06\,\dot{M}_E$。每年观测一次的光谱搜索原则上对轨道间隔为$< {\rm few}\times 10^4\, r_g$的双星很敏感（$r_g = GM/c^2$和$M$是双星的质量），在这个范围内，每一个SBHB都应该有超过200个引力束缚系统，它们具有类似的性质，但间隔更大。此外，如果在这个分离范围内的所有SBHB的光谱都显示出光谱搜索所使用的类似活动星系核的发射线，那么投影因子意味着每个观测到的$10^8M_\odot$ SBHB都有五个未检测到的双星，它们的质量比为$0.3$，轨道分离为$10^4\,r_g$（如果SBHB的某些部分是不活跃的，则会有更多）。这个模型可以用来推断最有可能的轨道参数观测到的SBHB候选人，并提供限制的SBHB的轨道演化率，如果观察到的候选人被证明是真正的二进制。
2018-06-07 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
LISA stellar-mass black hole searches with semicoherent and particle-swarm methods
本文提出结合半相干似然与粒子群优化的方法，用于在LISA数据中搜索恒星质量双黑洞等长时标引力波信号，并通过GW170817和零噪声模拟数据验证了其有效性。
2023-10-16 astro-ph.HE gr-qc
Banks of templates for directed and all-sky narrow-band searches of continuous gravitational waves from spinning neutron stars with several spindowns
本文构建了适用于孤立自旋中子星连续引力波搜索的高效模板库，支持含多个自转减慢参数的窄带搜索，并兼容全天与定向搜索，利用快速傅里叶变换和高效重采样提升计算效率。
2023-10-17 gr-qc
Comparison of maximum likelihood mapping methods for gravitational-wave backgrounds
在未来几年内可能会探测到引力波的随机背景。除了搜索SGWB的各向同性分量之外，已经提出了各种映射方法来针对各向异性背景。其中一些方法已被应用于激光干涉仪引力波观测站和Virgo所采集的数据。具体而言，这些定向搜索集中于通过极大似然解映射天空上的信号强度。我们将这种强度映射方法与以前提出的，但从未采用的振幅-相位映射方法进行比较，以了解后一种方法是否可以在未来的搜索中使用。我们通过分析时间流数据的简单玩具模型来建立我们对这两种方法之间差异的理解，并对这两种方法进行模拟数据映射测试。我们发现，振幅相位方法仅适用于背景的情况下，这是相位相干的大尺度上，或至少，具有一个内在的相干尺度大于检测器。否则，振幅-相位映射方法导致关于相位和振幅两者的总体信息的损失。由于我们不期望这些相位相干特性适用于我们希望在不久的将来检测到的任何引力波背景信号，因此我们得出结论，强度映射是这种背景的首选方法。
2022-01-14 astro-ph.CO 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
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
Analysing one- and two-bit data to reduce memory requirements for F-statistic-based gravitational wave searches
针对引力波连续波搜索内存占用高的问题，提出将64位干涉数据降为1/2比特的数字化方案，经F统计量匹配滤波实验验证检测灵敏度损失小，可大幅降低存储与IO成本。
2024-10-28 astro-ph.IM gr-qc
Frequentist versus Bayesian analyses: Cross-correlation as an (approximate) sufficient statistic for LIGO-Virgo stochastic background searches
足够的统计量是数据的组合，根据这些数据，似然函数可以在不丢失信息的情况下重写。根据数据量的减少，在贝叶斯分析中使用足够的统计作为初步步骤，可以导致从模型参数的后验分布中采样时效率的显着提高。在这里，我们表明，互相关统计量的频率积分和它的方差近似足够的统计随机引力波背景的地基搜索。充分的统计是近似的，因为在弱信号近似下工作，并且使用每个检测器中的自相关功率的测量估计。使用解析和数值计算，我们证明了LIGO-Virgo的混合频率-贝叶斯参数估计分析是等价于一个完全贝叶斯分析。这项工作填补了LIGO-Virgo文献中的空白，并为进一步的搜索提供了方向。
2020-12-02 gr-qc
A new code for parameter estimation in searches for gravitational waves from known pulsars
我们描述了一个新的代码的一致性测试引力波信号参数估计在已知的脉冲星搜索。代码使用嵌套抽样的实现来探索似然量。使用假信号和模拟噪声，我们将其与以前的代码进行比较，该代码计算了网格上的信号参数后验分布，并使用粗糙的马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）方法。我们定义了一个新的参数化的两个方位角的中子星中使用的信号模型（初始相位和偏振角），这打破了它们之间的简并，并允许更有效地探索这些参数。最后，我们简要地描述了进一步研究的潜在领域和未来使用该代码。
2012-03-13 astro-ph.HE gr-qc
Likelihood-free inference for gravitational-wave data analysis and public alerts
本文验证了AMPLFI这一无似然推断算法在双黑洞引力波低延迟参数估计中的性能，证明其天空定位精度与现有BAYESTAR相当，并能准确重建源参数，适用于公共警报数据产品生成。
2025-09-26 astro-ph.IM gr-qc
An efficient pipeline for joint gravitational wave searches from individual binaries and a gravitational wave background with Hamiltonian sampling
提出一种基于哈密顿蒙特卡洛采样的高效流程，用于联合搜索单个超大质量黑洞双星和引力波背景，在模拟数据上实现准确参数估计，并将NANOGrav 12.5年数据集的分析次数从72次减至1次。
2024-07-15 astro-ph.IM gr-qc
Accelerated Time-domain Analysis for Gravitational Wave Astronomy
International Centre for Theoretical Sciences - Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心 - 塔塔基础研究所）；Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics（大学间天文学与天体物理学中心）；Institute for Gravitation & the Cosmos, Department of Physics, Penn State University（宾夕法尼亚州立大学物理学院引力与宇宙研究中心）
本文提出了一种完整的时域引力波推断方法，利用结构化线性代数和硬件加速实现大规模似然评估，验证了该方法在引力波天文中的应用。
2026-04-10 astro-ph.IM gr-qc
Accurate characterization of the stochastic gravitational-wave background with pulsar timing arrays by likelihood reweighting
针对脉冲星计时阵列搜索随机引力波背景计算成本高的问题，提出通过忽略交叉相关性计算近似后验并利用重要性采样重加权为精确后验的高效方法，能可靠估计后验、边缘似然比及高达 $10^6$ 的 Bayes 比。
2023-05-23 astro-ph.HE gr-qc
Likelihoods for Stochastic Gravitational Wave Background Data Analysis
本文系统研究了SGWB搜索中的似然函数，发现用高斯近似替代精确Whittle似然会引入系统性偏差，并提出了无偏参数估计和稳健推断的实用策略。
2025-05-30 astro-ph.CO gr-qc
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
Banks of templates for directed searches of gravitational waves from spinning neutron stars
我们构建了有效的银行模板，适用于直接搜索几乎单色的引力波起源于我们的银河系中的旋转nuetron星正在收集的数据，目前正在运行的干涉探测器。因此，我们假设引力波源在天空中的位置是已知的，但我们不假设波的频率及其导数是先验已知的。在构造中，我们采用了简化的信号模型，具有恒定的幅度和相位，这是一个多项式的时间函数。我们所有的模板银行使使用快速傅立叶变换算法的最大似然F-统计的网格定义银行的节点的计算。我们研究和使用的依赖性的网格的建设上的选择的位置的观测间隔相对于时间轴的原点。我们还研究了快速傅立叶变换算法的使用与非标准频率分辨率实现零填充或折叠的数据。在包含一个自旋下降参数的引力波信号的情况下，我们发现覆盖厚度仅比最佳二维六边形覆盖厚度大0.1%~ 16%的网格。
2010-10-14 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
Machine Learning Assisted Parameter-Space Searches for Lensed Gravitational Waves
本文开发基于归一化流的机器学习统计方法，在引力波目录中高效搜索强透镜候选体，并应用于GWTC-3目录，验证了一对与透镜假说一致的事件。
2025-09-08 astro-ph.CO gr-qc
Phase decomposition of the template metric for continuous gravitational-wave searches
LIGO-Virgo探测器灵敏度波段中的一种引力波信号预计将由旋转的非对称中子星发射，其旋转频率可能在LIGO-Virgo探测器最灵敏的波段中发射连续的引力辐射。这类信号最重要的特征是它们的相位演化，这在长时间的观测运行中是稳定的。当使用基于匹配滤波的分析时，需要长相干信号的相位演化来定义如何构建适当的模板网格，以便获得尽可能好的信噪比。该信息被编码在称为\textit{phase metric}的矩阵中，该矩阵表征由匹配滤波给出的似然的几何形状。在大多数情况下，长相干信号的度量不能解析计算，甚至由于数值精度的限制，其数值计算也是不可能的。在本文中，我们展示了一个通用的相位分解技术，能够使模板度量分析计算。我们还将展示如何使用这些变量以稳健的方式区分可能影响分析管道的天体物理信号和非平稳噪声伪影。
2018-08-04 gr-qc
Banks of templates for all-sky narrow-band searches of gravitational waves from spinning neutron stars
我们构建了有效的银行的模板，适用于几乎单色的引力波起源于我们的银河系中的旋转中子星的干涉探测器收集的数据的全天窄带搜索。我们考虑包含一个自旋参数的波，我们假设引力波源在天空中的位置和波的频率以及自旋参数都是未知的。在构造中，我们采用简化的信号模型，具有恒定的幅度和相位，这是一个未知参数的线性函数。我们的模板银行使快速傅立叶变换算法的使用中的最大似然$\mathcal{F}$ -统计定义银行的网格的节点的计算，并满足额外的约束需要重新采样的数据，以重心时间有效。所有这些模板库特征都被用于最近全天空$\mathcal{F}$ --在Virgo VSR 1数据中对连续引力波的基于天文学的搜索[J.Aasi等人，经典量子引力31，165014（2014）]。在这里，我们通过构建适合于较大范围的搜索参数和较小厚度的搜索参数的某些值的模板来改进该模板库。我们的一个模板库的厚度比Virgo VSR 1数据的全天空搜索中使用的模板库的厚度小12%，并且仅比覆盖$A_4^\star$的4维最佳晶格的厚度大4%。
2015-08-07 gr-qc
Coherent method for detection of gravitational wave bursts
本文描述了一种用于探测和重建引力波爆发的相干网络算法。该算法适用于两个或两个以上任意对齐的探测器，可用于全天空和触发突发搜索。本文描述了该算法的主要组成部分，包括小波域时频分析、似然时频图的构造、突发事件的识别和选择。
2008-02-28 gr-qc
GLADE+: An Extended Galaxy Catalogue for Multimessenger Searches with Advanced Gravitational-wave Detectors
我们提出了GLADE+，在我们以前的论文中介绍的GLADE星系目录的扩展版本的多信使搜索与先进的引力波探测器。GLADE+结合了来自六个独立但不独立的天文目录的数据：GWGC，2 MPZ，2 MASS XSC，HyperLEDA和WISExSCOSPZ星系目录，以及SDSS-DR 16 Q类星体目录。为了修正CMB标架的特殊运动的红移，我们使用“Galerkin的贝叶斯原点重建”形式主义计算了所有具有红移$z=0.05$内的$B$波段星等数据的星系的特殊速度及其标准差。GLADE+是完整的光度距离$d_L=47^{+4}_{-2}$ Mpc的总预期$B$ -带光度的星系，并包含所有最亮的星系给予90%的总$B$ -带和$K$ -带光度高达$d_L\simeq 130$ Mpc。我们包括恒星质量的估计和个别双星中子星合并率的星系与$W1$等。这些参数可以帮助在一个给定的引力波本地化体积的星系在他们的主机的可能性方面的排名，从而可能减少的点的数量和总的积分时间需要找到电磁对应。
2022-06-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Detection methods for stochastic gravitational-wave backgrounds: a unified treatment
我们审查检测方法，目前正在使用或已被提出寻找一个随机背景的引力辐射。我们认为贝叶斯和频率搜索使用地基和天基激光干涉仪，航天器多普勒跟踪，脉冲星定时阵列，我们允许各向异性，非高斯，和非标准的偏振状态。我们的重点是相关的数据分析问题，而不是可能产生这种背景的特定天体物理或早期宇宙来源。我们提供了一个统一的治疗，这些搜索在检测器响应函数的水平，检测灵敏度曲线，更一般地说，在似然函数的水平，因为信号和噪声模型的选择和先验概率分布实际上是什么定义的搜索。在可能的情况下，给出了教学实例，以比较和对比不同的方法。我们试图使这篇文章尽可能独立和全面，针对研究生和希望进入这一领域的新研究人员。
2017-04-07 gr-qc
