Searching for gravitational wave bursts from cosmic string cusps with the Parkes Pulsar Timing Array
宇宙弦是脉冲星计时阵列探测的潜在引力波源。在这项工作中，我们开发了一个检测算法的GW爆发从一个尖点上的宇宙弦，并将其应用到帕克斯PTA数据。我们发现四个事件的误报概率小于1%。然而，进一步的调查表明，所有这些都可能是伪造的。由于没有令人信服的检测，我们对不同事件持续时间的GW振幅设置上限。从这些界限，我们放置在宇宙弦张力G μ ~ 10^{-5}的限制，并强调，这个界限是独立于使用其他技术获得的。我们讨论了这些结果的物理意义以及在平方公里阵列（SKA）时代探测宇宙弦的前景。
2020-11-26 astro-ph.CO gr-qc
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 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
Searching for A Generic Gravitational Wave Background via Bayesian Nonparametric Analysis with Pulsar Timing Arrays
引力波背景是宇宙中所有源产生的引力波叠加的结果。以往的脉冲星定时阵列探测这样的背景的努力假设它是一个各向同性高斯背景与幂律谱。然而，当源的数量有限时，背景可能是非高斯的或者频谱可能不是幂律的。相应地，先前的分析可能不起作用。本文采用贝叶斯非参数分析方法来检测一般的引力波背景，该方法直接对由引力波背景引起的脉冲星定时信号的可行形状进行约束，允许背景的形式更加灵活。我们的贝叶斯非参数分析将推断数据中是否存在引力波背景，并估计表征背景的参数。在一般情况下，这种方法比传统的假设背景谱服从幂律的方法有效得多。虽然我们讨论的背景集中在脉冲星定时阵列，分析本身是直接适用于检测和表征任何信号，从大量的天体物理事件的叠加。
2014-10-23 astro-ph.CO 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
Searching for gravitational wave memory bursts with the Parkes Pulsar Timing Array
由超大质量黑洞合并等事件产生的引力辐射的各向异性爆发在太空中留下永久的印记。这样的引力波“记忆”（GWM）信号，原则上，通过脉冲星计时可以检测到脉冲星表观脉冲频率的突然变化。如果在GWM信号经过地球时监测到一个雷达阵列，那么这些雷达将同时出现脉冲频率的变化，其变化量随它们的天空位置以四极方式变化。在这里，我们描述了这样的事件的搜索算法，并将该算法应用到大约六年的数据从帕克斯脉冲星定时阵列。我们没有发现GWM事件，并设置一个上限的事件，可以检测到的速率。我们表明，使用简单的模型的黑洞合并率，这种非检测并不意外。
2014-10-13 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Searching for Gravitational Waves with Strongly Lensed Repeating Fast Radio Bursts
自从快速射电暴（FRB）被偶然发现以来，它引起了观测者和理论家的极大关注。一种新的具有宽视场的射电望远镜使FRB观测的快速积累成为可能，证实了FRB起源于宇宙学距离。FRB的高发生率和新仪器的发展，以观察他们创造了机会，FRB被用于一系列的天体物理学和宇宙学研究。我们专注于罕见的，尚未被发现的，FRB的子集，经历反复爆发，并强烈引力透镜的介入结构。一个非常精确的时间的突发到达时间是可能的强透镜重复FRB，我们展示了这种时间精度如何使长波长引力波的搜索，包括那些来源于超大质量黑洞二进制系统。强透镜重复FRB爆发到达的时间对FRB宿主星系附近的引力波源很敏感，这可能位于宇宙学距离处，因此通过其他手段探测极具挑战性。强透镜FRB的定时也可以与脉冲星定时阵列数据相结合，以搜索穿过地球的引力波的相关时间延迟特性。
2021-08-01 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Searching for gravitational-wave bursts from cosmic string cusps with the Parkes Pulsar Timing Array third data release
利用帕克斯脉冲星计时阵列第三次数据发布，对30颗毫秒脉冲星进行首次贝叶斯搜索宇宙弦尖点引力波暴，未发现信号，并给出了脉冲星项振幅上限及宇宙弦张力上限。
2025-02-28 astro-ph.CO gr-qc
Searching for the nano-Hertz stochastic gravitational wave background with the Chinese Pulsar Timing Array Data Release I
对一组具有高旋转稳定性的毫秒级双星进行观测和计时，可以直接探测到引力波。GW信号可以从在宽间隔脉冲星对的到达时间中编码的空间相关性来识别。中国脉冲星定时阵列（CPTA）是一个合作项目，旨在利用中国射电望远镜进行观测，直接探测GW。这篇短文是即将发表的与CPTA数据发布1（CPTA DR 1）有关的一系列论文的“目录”，该数据发布1使用了500米孔径球面射电望远镜（FAST）的观测结果。在这里，在总结了CPTA DR 1的时间跨度和准确性之后，我们报告了我们的统计推断的关键结果，发现在假设GW背景（GWB）诱导的四极相关的$α\in [-1.8, 1.5]$范围内的谱指数的幅度为$\log A_{\rm c}= -14.4 \,^{+1.0}_{-2.8}$的相关信号。搜索的Hellings-Downs（HD）的相关性曲线，其中一些证据的HD相关性已被发现，一个4.6- $σ$的统计显著性是使用离散频率的方法实现的频率为14 nHz左右。我们期望未来的国际脉冲星定时阵列数据分析和下一次CPTA数据发布将对nHz GWB更加敏感，这可以验证目前的结果。
2023-06-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Searching for continuous gravitational waves in the Parkes Pulsar Timing Array Data Release 3
本文利用 PPTA DR3 全天搜寻单个超大质量双黑洞的连续引力波，虽未发现信号，但给出应变上限，并较 DR3 前的搜寻显著提升灵敏度。
2025-10-20 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
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
Constraining ultralight scalar dark matter couplings with the European Pulsar Timing Array second data release
利用欧洲脉冲星计时阵列第二次数据发布，同时考虑引力与直接耦合效应，对超轻暗物质耦合系数给出比以往PTA实验更强、且不逊于原子钟实验的约束。
2024-11-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Enhanced exploration for primordial black holes using pulsar timing arrays
我们研究了脉冲星计时阵列（PTAs）作为探测银河系暗物质的原始黑洞（PBH）的能力。经过地球或脉冲星附近的PBH会产生脉冲加速度，并在其他有序的脉冲星定时数据上产生残差。我们发现，在卫星引起的定时残差是最佳的搜索较重的PBH比那些在地球上，和两个探头是高度互补的。未来像SKA这样的设施可以探测到质量在10^（22-28）g左右的PBH，即使只有一小部分（< 1%）的银河系暗物质由这些PBH组成。
2012-08-20 astro-ph.CO astro-ph.HE
Forecasting the sensitivity of Pulsar Timing Arrays to gravitational wave backgrounds
本文构建了一个用于预测未来脉冲星计时阵列对纳赫兹随机引力波背景灵敏度的简单框架，并发布了可直接使用的Python代码fastPTA。
2024-04-03 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Non-linear corrections of overlap reduction functions for pulsar timing arrays
该研究针对纳赫兹引力波背景验证需求，首次考虑引力自相互作用，通过二阶扰动方程推导脉冲星计时残差的非线性修正，发现引力波三点关联带来的约1量级修正可使重叠缩减函数与Hellings-Downs曲线区分开。
2024-02-04 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational Waves from Domain Walls in Pulsar Timing Array Datasets
我们提出了一个独立于模型的搜索宇宙畴壁（DW）的引力波背景在NANOGrav 12.5年的数据集和国际PTA数据发布2。DWs，在温度$\sim 20-50~\text{MeV}$与张力$\sim (40-100~\text{TeV})^3$湮灭提供了良好的适合这两个数据集的天体物理背景，从超大质量黑洞合并。DW可以衰减为标准模型（SM）或暗扇区。在后一种情况下，我们预测丰富的$ΔN_{\text{eff}}$暗辐射以及即将到来的CMB调查范围内。如果存在与SM的耦合，则在对撞机和实验室中会出现互补的签名。作为一个例子，我们讨论了重轴子的情况下，DW湮灭可能会引起有趣的QCD约束。
2023-01-20 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Searching Stochastic Gravitational Wave Background Landscape Across Frequency Bands
University of Chicago（芝加哥大学）；University of Minnesota（明尼苏达大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
本文通过混合拓扑缺陷模型展示多频段引力波探测器如何约束随机背景，该模型可解释脉冲星计时阵列信号，并可由LISA等未来实验验证。
2026-06-16 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Does Gauss-Bonnet Inflationary Gravitational Waves satisfy the Pulsar Timing Arrays observations?
本文利用PTArcade分析GB-IGW模型参数并与多个PTA观测比较，发现势参数n可为负且谱指数与Planck结果不同，表明该模型比标准暴胀更符合PTA数据，更可能被未来空间引力波探测器发现。
2025-05-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Pulsar timing array sensitivity to anisotropies in the gravitational wave background
本研究利用脉冲星计时延迟的全协方差矩阵评估PTA对引力波背景各向异性的灵敏度，发现未来可实现低多极矩百分比级精度，且各向异性与Hellings-Downs角相关性可独立重建。
2024-08-30 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Footprints of the QCD Crossover on Cosmological Gravitational Waves at Pulsar Timing Arrays
本文发现早期宇宙QCD禁闭引起的相对论性粒子数锐减会显著影响nHz引力波低频尾部谱形，基于NANOGrav和IPTA数据的贝叶斯分析证实纳入标准模型效应能显著改善拟合，对引力波模型选择具有决定性影响。
2024-07-24 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
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
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
Multi-messenger approaches to binary supermassive black holes in the "continuous-wave" regime
脉冲星计时阵列对轨道间距<< 1pc的超大质量黑洞（SMBH）双星的引力波十分敏感。目前，这类系统的观测资料很少，尽管它们是研究星系演化、合并动力学和活跃核形成的核心人物。我们回顾了通过电磁辐射过程探测SMBH双星的前景，这些过程被认为与星系合并和后期双星演化有关。然后，我们讨论了这些系统的联合脉冲星定时和电磁研究的科学目标，包括促进二进制参数估计，确定星系主机的引力波发射器，并合并动力学和宇宙学的相关研究。使用即将到来的高精度定时阵列与国际脉冲星定时阵列和平方公里阵列，结合正在进行的电磁观测活动，以确定活跃的SMBH双星，在不久的将来为多信使天体物理学提供了大量的可能性。
2013-08-20 astro-ph.CO astro-ph.HE
Measuring the Hubble Constant with Double Gravitational Wave Sources in Pulsar Timing
脉冲星计时阵列（PTA）正在寻找来自超大质量黑洞双星（SMBHB）的引力波。在这里，我们展示了未来的PTA如何使用来自单独分辨的SMBHB源的引力波探测来产生纯粹基于引力波的哈勃常数测量。这是通过测量两个独立的距离，从引力波信号在定时残差相同的源：通过频率演化效应的亮度距离$D_L$，和视差距离$D_\mathrm{par}$通过波前曲率（菲涅耳）的影响。我们提出了一个广义的时间残差模型，包括在膨胀的宇宙中的这些影响。这两个距离，$D_\mathrm{par}$是具有挑战性的测量，由于脉冲星距离包裹的问题，在地球脉冲星距离和引力波源参数，需要高度精确，亚秒差距水平，脉冲星距离测量，以克服退化。然而，在本文中，我们证明，结合知识的两个SMBHB源的定时残差在很大程度上消除了包装周期退化。两个源通过识别到双星的距离同时校准PTA，这本身是有用的，并且允许恢复源光度和视差距离，这导致哈勃常数的测量。我们发现，在平方公里阵列的时代，乐观的PTA，两个SMBHB源在几百Mpc可以用来测量哈勃常数的相对不确定性的顺序为10%。
2022-10-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Probing Primordial Black Hole Mergers in Clusters with Pulsar Timing Data
a Service de Physique Th\'eorique, Brussels Laboratory of the Universe BLU-ULB, Universit\'e Libre de Bruxelles, Boulevard du Triomphe, CP225, 1050 Brussels, Belgium
本文在IPTA DR2中利用贝叶斯方法搜索原初黑洞并合与标量扰动产生的引力波背景，发现标准PBH模型无法解释观测信号，数据更支持天体物理起源。
2024-12-20 astro-ph.CO
Source anisotropies and pulsar timing arrays
本文研究离散源散粒噪声与星系成团导致的非Poisson源分布两类源各向异性，量化其对PTA中Hellings and Downs相关性均值和方差的影响，发现散粒噪声效应远强于成团效应。
2024-12-03 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
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
