Expanding the Reach of Gravitational Wave Astronomy to the Edge of the Universe: The Gravitational-Wave International Committee Study Reports on Next Generation Ground-based Gravitational-Wave Observatories
2015年首次直接探测到一对合并黑洞发射的引力波，被誉为21世纪物理学和天文学最重要的科学突破之一。由于引力波观测站现在带来了巨大的科学机会，并认识到要充分利用这一新领域，就需要新的观测站，而新的观测站从构想到开始运行可能需要15至20年的时间，因此，引力波国际委员会（GWIC）召集了一个小组委员会，审查建立和运行未来地面观测站网络的途径，能够将观测GW的范围扩展到远远超出当前一代探测器目前可达到的范围。这份报告是GWIC 3G小组委员会六部分系列报告中的第一部分：i）将引力波观测站的范围扩大到宇宙的边缘（本报告），ii）下一代全球引力波观测站：科学书，iii）3G研发：下一代地基引力波探测器的研发，iv）引力波数据分析：3G时代的计算挑战，五）未来的地面引力波观测站：与其他科学界的协同作用，以及六）未来全球引力波观测站网络可能的管理模式的探索。
2021-11-12 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Quantum expander for gravitational-wave observatories
激光的量子不确定性限制了引力波观测站的灵敏度。在过去的30年里，人们发明了压缩量子不确定性和利用光学谐振腔增强引力波信号的技术。然而，共振器的线宽有限;在科学上非常有趣的天体物理学致密双星合并的衰荡过程中产生的高信号频率今天无法解决。在这里，我们提出了一种扩展检测带宽的光学方法。它在其中一个光学谐振腔中使用量子不确定性压缩，在保持低频灵敏度不变的同时补偿有限谐振腔的线宽。引入量子扩展器以提高未来引力波探测器的灵敏度，我们设想它将成为其他腔增强型超光速实验的新工具。
2019-03-14 gr-qc quant-ph
Modelling noise in gravitational-wave observatories with transdimensional models
引入跨维贝叶斯方法结合Bilby软件建模引力波天文台噪声，显著改善LIGO和Virgo噪声拟合，并应用于第三引力波瞬变星表事件推断，发现参数可信区间边界有高达7%的偏移。
2025-03-07 astro-ph.IM gr-qc
Handling Data Gaps for the Next Generation of Gravitational-Wave Observatories
Montana State University（蒙大拿州立大学）
本文提出一种高效处理数据缺口的时频域贝叶斯数据增强方法，有效缓解频域分析中的谱泄漏问题，并适用于LISA和未来3G地面干涉仪。
2026-04-30 gr-qc
Macroscopic quantum mechanics in gravitational-wave observatories and beyond
量子关联的存在影响微观和宏观系统。在宏观系统中，由于与环境频繁的能量交换，它们很难被观察到，并且通常与系统的演化无关。世界范围的引力波（GW）观测站网络利用高度宏观的光学和机械系统，在很大程度上与环境解耦。三倍臂谐振器中的准单色光场具有大于$10^{19}$的光子激发数，并且在光场的传播方向上准自由下落的反射镜具有大约40 kg的质量。最近对GW天文台LIGO和Virgo的观测清楚地表明，一个系统的量子不确定性会影响另一个系统的不确定性。在这里，我们回顾这些意见，并提供链接到基础物理研究的其他领域中的介观光学机械系统的研究目标。这些可能具有高斯量子不确定性，就像GW天文台中的那些，甚至是非高斯的，比如薛定谔猫态。
2022-09-05 gr-qc quant-ph
Neutron star-black hole mergers in next generation gravitational-wave observatories
本研究针对下一代引力波探测器与天文台，评估其对中子星-黑洞并合的探测测量能力及多信使观测前景，发现相关望远镜每年或可探测10量级的千新星。
2023-07-25 gr-qc
Effects of lightning strokes on underground gravitational waves observatories
对于地基引力波（GW）探测器，大气中的雷击是环境噪声的来源。一些GW探测器是在地下设施中建造或计划建造的，了解雷击如何影响它们是很有意义的。本文介绍了KAGRA的雷电探测系统，展示了KAGRA隧道内外测得的磁场的特性。还显示了KAGRA主干涉仪GW通道中的一个闪电诱发事件。最后，闪电事件的GW实验的可能应用进行了讨论。
2021-06-06 astro-ph.IM gr-qc
Future Ground-Based Gravitational-Wave Observatories: Synergies with Other Scientific Communities
规划开发第三代全球引力波探测器阵列是一项多方面的复杂工作，必然需要社区的高度投入。有必要与更广泛的科学界现有和新的利益攸关方建立联系，以使他们了解地基引力波界正在开展的活动，并获得投入，为规划提供信息和进行规划。在这份报告中，我们提出了GWIC和引力波合作以及项目应该考虑采取的方法，以与更广泛的社区互动。本报告是GWIC 3G小组委员会六部分系列报告中的第五部分：i）将引力波观测站的范围扩大到宇宙边缘，ii）下一代全球引力波观测站：科学书，iii）3G研发：下一代地基引力波探测器的研发，iv）引力波数据分析：3G时代的计算挑战，五）未来的地面引力波观测站：与其他科学界的协同作用（本报告），和六）未来全球引力波观测站网络可能的管理模式的探索。
2021-11-12 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
New physics and astronomy with the new gravitational-wave observatories
灵敏度足以测量天体物理源辐射的引力波探测器正在迅速出现。到2010年年底，北美、欧洲和日本将有几个地面仪器，美欧联合天基天线LISA将接近轨道或进入最后调试阶段，为发射做准备。这些仪器的目标将是打开引力波天文学的领域：利用引力辐射作为天体物理学和宇宙的观测窗口。在这篇文章中，我们总结了目前正在开发的各种探测器的现状，以及未来的计划。我们还讨论了这些仪器的科学范围，概述了什么引力波天文学可能教我们关于宇宙。
2001-10-31 astro-ph gr-qc
Optimizing the third generation of gravitational-wave observatories for Galactic astrophysics
引力波天体物理学是一个迅速扩大的领域，计划通过增加更大、更灵敏的天文台：爱因斯坦望远镜和宇宙探测器来加强全球地面天文台网络。这些天文台将使我们能够更深入地观察天空，收集来自宇宙更远和更早的GW事件。在我们自己的银河系中，有大量有趣的GW源，包括核心坍缩超新星，孤立的中子星和中子星中的现象，以及潜在的新来源。由于GW观测站对方向敏感，它们在地球上的位置将影响对银河系源的观测。我们分析了一个，两个和三个观测站网络的性能，无论是在银河系中心的来源，以及分布在银河系盘源人口。我们发现，对于一个宇宙探索者或爱因斯坦望远镜天文台，放置在近赤道纬度提供了最可靠的观测银河系中心。当源人口分布在银河系盘被认为是，天文台的位置是影响较小，虽然赤道天文台仍然赋予比天文台在更极端的纬度优势。对于两个和三个节点的网络，天文台的网络对于银河系的一致观测也变得非常重要。
2022-03-02 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
A Pseudo Plane-wave Gravitational Calibrator for Gravitational Wave Observatories
Center for Experimental Nuclear Physics and Astrophysics, University of Washington（华盛顿大学实验核物理与天体物理中心）；California Institute of Technology（加州理工学院）；LIGO Hanford Observatory（LIGO汉福德天文台）；The University of Sheffield（谢菲尔德大学）；SUPA, University of Glasgow（苏格兰物理联盟，格拉斯哥大学）
提出一种由四个四极转子组成的矩形阵列，产生伪平面波引力加速度，将校准精度对测试质量位置的依赖性降至最低，实现0.15%的加速度不确定度。
2026-06-17 gr-qc physics.ins-det
Probing (sub-)solar-mass black holes and superspinars with current and next-generation gravitational-wave observatories
Manipal Academy of Higher Education（曼加洛尔高等教育学院）；University of Birmingham（伯明翰大学）；University of Tokyo（东京大学）
本文研究了当前和下一代引力波天文台探测包含（次）太阳质量黑洞和超旋星的双星系统的能力，利用频率域后牛顿近似激励波形模型TaylorF2，通过内最稳定圆轨道截断信号，评估了这些系统的可观测性，结果显示下一代天文台能显著提高检测能力和参数估计精度。
2026-05-18 astro-ph.HE gr-qc
Propagation of Light in the Field of Stationary and Radiative Gravitational Multipoles
极高精度的无线电/光学干涉天文台，如SKA，盖亚，SIM和LIGO/LISA引力波探测器的无与伦比的灵敏度要求更深入的理论处理电磁信号的传播通过太阳系的变量引力场，振荡和进动中子星，合并的二元系统，爆炸超新星，碰撞星系的相对论效应。对于未来的引力波观测站来说，特别重要的是光线在由局部引力辐射源发射的多极引力波场中的传播问题。本文提出了物理上适当的和一致的数学解决方案，这个问题的第一个后闵可夫斯基近似的广义相对论，占所有时间相关的多极矩的一个孤立的天文系统。
2006-03-15 gr-qc
Astrophysically Triggered Searches for Gravitational Waves: Status and Prospects
在引力波探测方面，特别强调的是对其他类型的天体物理观测站探测到的宇宙事件的搜索。来自伽马射线和X射线卫星、光学望远镜和中微子天文台等的天体物理学触发器为分析与事件一致的引力波数据提供了触发时间。在某些情况下，预期的频率范围，源能量，方向和祖信息也是可用的。除了允许识别振幅更接近探测器本底噪声的引力波形外，这些触发搜索还应该在Advanced LIGO开始之前产生丰富的科学结果。在本文中，我们提供了一个广泛的审查LIGO的天体物理触发的搜索和他们的目标来源。
2008-02-29 gr-qc
Review of the Advanced LIGO gravitational wave observatories leading to observing run four
来自双黑洞和中子星合并的引力波正被定期探测到。截至2021年，LIGO和Virgo探测器已经进行了90次有把握的引力波探测。目前正在进行工作，以进一步提高第四次观测运行的探测器的灵敏度，包括安装一些A+升级，旨在降低限制引力波灵敏度的基本噪声。在这篇综述中，我们将概述LIGO探测器的工作原理，包括它们的光学配置和锁定获取过程，讨论探测器的基本和技术噪声限制，并与当前测量的灵敏度进行比较，并回顾目前正在安装在探测器中的A+升级。
2022-02-02 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Prospects to Explore High-redshift Black Hole Formation with Multi-band Gravitational Waves Observatories
早期宇宙中大质量黑洞的聚集仍然是天体物理学中一个缺乏约束的开放性问题。轻种子（质量低于$\sim 1000M_{\odot}$的第三星族恒星的残余）或重种子（质量在$10^4-10^6 M_{\odot}$范围内）的合并和吸积都可以解释大质量黑洞的形成，但种子的丰度及其合并机制是高度不确定的。在接下来的几十年里，即将上线的引力波天文台有望观测到非常高红移的合并，从而揭示第一个黑洞的种子。在这封信中，我们探讨了LISA，宇宙探测器和爱因斯坦望远镜的潜力和局限性，以限制轻重种子的混合比，以及合并星系中中心黑洞合并的概率。由于第三代地基引力波探测器将只观察轻种子合并，我们演示了两种情况下，种子混合比和合并概率的推断可以是有限的。为了充分描述高红移黑洞形成的过程，多波段引力波观测和电磁观测的协同作用可能是必要的。
2022-02-09 astro-ph.GA gr-qc
Multimessenger astronomy with a kHz-band gravitational-wave observatory
拟议中的下一代引力波观测站网络包括专门针对中子星科学的千赫兹仪器，例如拟议中的中子星极端物质观测站NEMO。NEMO最初的提议强调了它需要存在于引力波观测站网络中，以确保探测的可信度和源的天空定位。我们表明，NEMO一样的天文台有显着的实用性，对自己的重合电磁观测可以提供检测的意义和天空定位。我们表明，使用一个类似NEMO的探测器和预计在21世纪20年代末和21世纪30年代初的电磁观测站，如Vera C。鲁宾天文台和SVOM，大约$40\%$的所有双中子星合并检测的引力波可以确信地确定为符合多信使检测。我们表明，我们预计$2^{+10}_{-1}\rm{yr}^{-1}$符合观测的引力波合并与伽玛射线暴即时发射，$13^{+23}_{-10}\rm{yr}^{-1}$检测与kilonova观测，和$4^{+18}_{-3}\rm{yr}^{-1}$与宽带余辉和kilonovae，其中的不确定性是$90\%$置信区间所产生的不确定性，在目前的合并率估计。结合起来，这意味着$14^{+25}_{-11}\rm{yr}^{-1}$与$300\rm{Mpc}$的检出率一致。这些数字表明，在没有其他引力波观测站组成的全球网络的情况下，单个千赫引力波探测器具有重大的科学潜力。
2022-02-18 astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic Follow-up Observations of Binary Neutron Star Mergers with Early Warnings from Decihertz Gravitational-wave Observatories
我们调查的前景电磁后续观测的双中子星（BNS）合并，与早期预警的帮助下，分赫兹引力波（GW）天文台，B-DECIGO和DO-最佳。在前人工作的基础上，我们不仅对不同$γ$射线卫星和BNS星群模型的联合短$γ$射线暴（sGRB）探测率进行了快速评估，而且对不同极限星等的巡天望远镜的多波段千诺瓦探测进行了详细的分析和结果。在一个假设的4年的任务时间为分赫兹GW观测站，我们发现，对于电磁后续行动的目标，DO-最佳表现优于B-DECIGO作为一个整体的检测率，并有一个更大的可探测距离联合sGRB/kilonova搜索。以BNS合并的对数正态总体模型和一天的预警时间为例，讨论了利用电磁设备和分赫兹GW探测器进行的各种协同观测的定位和定时精度以及红移分布。在此基础上，我们提出了一种可行的“等待”模式作为未来多信使天体物理的新探测模式。
2022-06-20 astro-ph.HE gr-qc
Ground motion prediction at gravitational wave observatories using archival seismic data
引力波观测站经常受到远震地震的影响，导致占空比和重合观测时间的减少。在这项分析中，我们利用机器学习算法和档案地震数据的力量来预测地震发生期间的地面运动和引力波干涉仪的状态。我们证明了从5倍到2.5倍的改进，在预测的地面速度的误差分散在以前的模型拟合为基础的方法。利用该方案实现的精度水平使得在过度地面运动期间切换控制配置成为可能，从而防止干涉仪失去锁定。为了进一步评估我们的方法的准确性和实用性，我们使用IRIS地震网络数据，并获得类似的估计和测量振幅之间的协议水平。性能表明，这种存档或预测方案可以扩展到引力波探测器站点以外的领域，用于基于灾害的早期预警警报。
2019-04-25 astro-ph.IM gr-qc
The Accuracy of Neutron Star Radius Measurement with the Next Generation of Terrestrial Gravitational-Wave Observatories
本文探讨了下一代地面引力波天文台对中子星质量和半径测量精度的提升，发现包含三个下一代天文台的网络可将半径测量精度提升至50m以内，质量测量精度达0.5%，从而精确确定致密物质状态方程。
2024-03-26 astro-ph.HE gr-qc
Searches for Gravitational Waves from Binary Neutron Stars: A Review
新一代的天文台正在寻找引力波。这些由高度相对论性系统发射的波，一旦被探测到，将为观测宇宙打开一扇新的窗口。对于这些天文台来说，最有希望的引力波来源是在合并前最后几分钟的致密双星。本文简要介绍了中子星双星发射的引力波的干涉探测，包括理论、实现和方法。迄今尚未发现任何此类情况。然而，对合并率的最佳直接观测极限已经确定，仪器和分析方法继续朝着定义引力波天文学新领域的最终目标进行改进。
2007-12-15 gr-qc
Low-Frequency Noise Mitigation and Bandgap Engineering using Seismic Metamaterials for Terrestrial Gravitational Wave Observatories
针对地面引力波观测站受地震等低频噪声限制探测频段的问题，提出利用地震超材料波动力学的噪声处理框架，并将带隙工程技术应用于KAGRA观测站以抑制地震声噪声，为地面引力波探测降噪提供新途径。
2023-01-11 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Gravitational Waves from Black-Hole Encounters: Prospects for Ground- and Galaxy-Based Observatories
该研究探究黑洞近距离双曲线遭遇产生的带记忆暴引力波事件的可探测参数空间，采用含三阶后牛顿效应的波形，给出波形有效性方案，明确地面与IPTA的探测及约束能力。
2023-05-30 astro-ph.GA gr-qc
Detecting Baryon Acoustic Oscillations with third generation gravitational wave observatories
我们探讨了利用第三代（3G）引力波（GW）探测器（如宇宙探测器和爱因斯坦望远镜）仅从中子星合并的引力波观测中探测重子声学振荡（BAO）的可能性。这些测量将为宇宙学提供一个新的独立探测器。用当前一代的GW探测器（仅从GW观测）检测BAO峰值是不可能的，因为i）与星系不同，GW合并的局部性很差，ii）没有足够的合并事件来探测BAO长度尺度。利用3G GW探测器网络，有可能观测到每年发生的$\sim \mathcal{O}(1000)$中子星合并，这些双星合并的位置在天空中的一平方度范围内，其红移值为$z \leq 0.3$。我们表明，3G天文台将能够精确测量大规模两点关联函数中的BAO特征; BAO的影响可以在不同的红移下独立检测，其中$\sim$ 23、17或3的对数证据比分别有利于BAO峰在红移0.2、0.25或0.3处的模型，使用对应于厚度为$150 h^{-1}$ Mpc的壳的红移仓。
2022-06-08 astro-ph.CO gr-qc
Forward Modeling of Space-borne Gravitational Wave Detectors
未来十到二十年内，几个星载引力波观测站的建设计划正在进行中。真实有效的正演模拟将在这些观测站的设计和运行中发挥关键作用。星载干涉引力波探测器的工作方式与地面上的探测器非常不同。复杂的轨道运动、虚拟干涉测量和有限尺寸效应使天基系统的描述复杂化，而非线性控制系统使地基系统的描述复杂化。在这里，我们探讨了基于空间的引力波探测器的正演建模，并引入了一个绝热近似的检测器响应，显着扩展了标准的低频近似的范围。绝热近似将有助于数据分析技术的发展，并改进天体物理参数提取的建模。
2003-11-21 gr-qc
Optical sensitivities of current gravitational wave observatories at higher kHz, MHz and GHz frequencies
本文计算了现有引力波天文台在kHz、MHz和GHz频段由光子散粒噪声主导的高频灵敏度，揭示其频率梳特性，为新型高频引力波探测器提供对比基准。
2024-09-04 astro-ph.IM gr-qc hep-ex
Space-based Gravitational Wave Observatories Will Be Able to Use Eccentricity to Unveil Stellar-mass Binary Black Hole Formation
本文构建首个含偏心率的天基引力波存档搜索模板库，证明其计算成本虽高但在未来天基天文台时期可行，可约束恒星级双黑洞形成通道。
2024-06-11 astro-ph.HE gr-qc
Direct Measurement of the Accretion Disk Formed in Prompt Collapse Mergers with Future Gravitational-Wave Observatories
本文通过数值相对论模拟发现吸积盘影响瞬坍缩并合双星的铃宕引力波信号，并提出利用未来引力波天文台以10%相对误差直接测量黑洞形成时吸积盘质量的方法。
2025-07-18 astro-ph.HE gr-qc
Passive Newtonian noise suppression for gravitational-wave observatories based on shaping of the local topography
在这篇文章中，我们提出了一种新的方法来减少牛顿噪声的激光干涉引力波探测器位于地球表面。我们表明，挖掘米级的凹槽周围的主要测试质量的引力波探测器的地面，它是可能的，以减少耦合瑞利波驱动的地震扰动测试质量位移。最佳的凹槽形状的讨论给出，我们使用有限元模拟来推导牛顿噪声抑制的缩放与参数的凹槽以及地震激励的频率。考虑到类似于Advance LIGO配置的干涉仪，我们的模拟表明，对于深度为4米、宽度和长度分别为11米和5米的凹陷，在相关频率范围内，频率相关的牛顿噪声抑制因子为2至4。虽然对现有干涉仪进行改造似乎并非不可能，但将我们的概念应用于未来的基础设施似乎提供了更好的效益/成本比，因此具有更高的可行性。
2014-06-09 astro-ph.IM gr-qc
Realistic Detection and Early Warning of Binary Neutron Stars with Decihertz Gravitational-wave Observatories
在实际探测策略下，研究了分赫兹引力波观测站对双星中子星（BNS）星群的探测率和预警参数。假设B-DECIGO运行4年，我们根据参数精度将可探测的BNS分为三类：（a）在1年内合并的源，其定位不确定度为$ΔΩ\sim 10^{0}$ deg $^2$ ;（b）在1-4年内合并的来源，它们占据了总事件的四分之三，并产生最精确的角分辨率$ΔΩ\sim 10^{-2}$ deg $^2$和合并时间精度$Δt_c\sim 10^{-1}$ s;以及（c）在4年任务窗口期间不合并的源，这使得可能的早期警报成为可能，具有$ΔΩ\sim 10^{-1}$ deg $^2$和$Δt_c\sim 10^{0}$ s。此外，我们还比较了B-DECIGO与第三代地基探测器的优缺点，并探讨了使用其他3个分贝观测站和4个BNS人口模型进行探测的前景。在现实的观测场景中，我们发现，分赫兹探测器甚至可以在合并前几十年向源提供早期预警警报，而它们的定位仍然与地面设施一样准确。最后，我们发现当考虑混淆噪声时事件减少，但这可以通过适当的噪声减法部分解决。
2022-06-17 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Wave observatories may be able to detect hyperbolic encounters of Black Holes
引力波（GW）天文学有望观测到不同类型的天体物理源。在这里，我们探讨的可能性，从紧凑的恒星与地面干涉探测器的双曲相互作用的GWs的检测。据信，一个紧密的束缚星团，如球状星团，可以是这些相互作用的主要环境。我们估计的检测率，这样的事件，考虑集群内的局部几何形状，占紧凑型恒星在有限距离的散射概率，并假设现实的集群属性指导可用的数值模型，它们的形成时间，和内部的恒星演化。我们发现，即使在保守的限制，它可能会检测到这样的黑洞遇到在未来几年内，目前的网络的观测站与正在进行的灵敏度升级和一个到几个事件，每年与下一代天文台。在实践中，实际检测率可能会大大超过估计的平均率，因为在非常大的人群中发现离群值的机会可能很高。这样的观测（或没有观测）可能会提供关键的限制，以估计宇宙中孤立的致密星的数量。这些发现本身将是令人兴奋的发现，并将与双星合并的观测相辅相成，使我们更接近解决一个基本问题，即在可观测的宇宙中有多少黑洞。
2021-10-28 astro-ph.HE gr-qc
Observation time to first detection of double neutron star mergers by gravitational wave observatories
我们约束等待时间的不确定性检测的第一个双中子星（DNS）合并的引力波天文台。通过占泊松波动率密度的DNS合并和星系空间密度的不均匀性，在当地的宇宙中，我们定义了一个检测“区”作为一个区域的参数空间的约束下的双中子星合并率和两个LIGO操作参数：观测地平线距离和科学运行时间。假设每个银河系Myr^{-1}星系的DNS合并平均速率约为80，我们发现增强型LIGO在1年的观测中观察到合并的机会为1/20。高级LIGO灵敏度的最小等待时间和时间区宽度要短得多，这意味着在不到60天的时间内检测到DNS合并的概率为95%，在大约1天内首次检测到DNS合并的概率为1/20。在首次探测概率为5%的阈值下，我们发现星系团对探测的影响被消除，并且可能只在5-10年的观测时间后才影响探测率。
2008-06-15 astro-ph gr-qc
Omnidirectional Gravitational Wave Detector with a Laser-Interferometric Gravitational Compass
基于Szekeres-Pirani引力罗盘，我们建议在现有的基于激光的引力波天文台上增加第四个非共面质量/反射镜，使它们能够全方位地运行，过滤掉模糊的解释，并指出引力波源的方向。
2016-09-20 gr-qc
Advanced quantum techniques for future gravitational-wave detectors
光的量子涨落限制了先进的激光干涉引力波探测器的灵敏度。这是迈向下一代引力波观测站的主要障碍之一。探测器灵敏度的预期显著提高需要使用量子非破坏测量和反作用规避技术，这使我们能够规避海森堡不确定原理施加的灵敏度限制。在我们之前的综述文章：“引力波探测器中的量子测量理论”[Living Rev. Relativity 15，5（2012）]中，我们阐述了量子测量理论的基本原理，并提供了分析干涉仪量子噪声的框架。本文的范围是回顾近年来提出的量子噪声抑制的新技术，并把它们放在同一个框架。我们的干涉测量方案和拓扑结构的描绘是为了在选择下一代引力波天文台的设计过程中的援助。
2019-03-12 gr-qc
Gravitational-wave Merger Forecasting: Scenarios for the early detection and localization of compact-binary mergers with ground based observatories
我们提出的前景，早期（合并前）检测和本地化的紧凑的二元聚结在未来10年内使用引力波。早期预警可以直接观测到中子星合并的即时和早期电磁辐射。我们检查了地基探测器在其“设计”灵敏度（2021-2022年），计划的“A+”升级（2024-2026年）和设想的“旅行者”概念（2020年末）的能力。我们发现，对于一个置信率的二进制中子星合并的$1000 ~\mathrm{Gpc}^{-3} \mathrm{yr}^{-1}$，设计，A+和旅行者时代的网络可以提供18，54，和195秒的警告一个源每年的观测，分别与天空定位区域$<$ 100度$^2$在$90\%$可信的水平。在相同的速率下，A+和Voyager时代的网络将能够为具有$<$ 10 deg $^2$定位区域的源分别提供9和43 s的警告。我们将理想化的搜索灵敏度与针对合并前检测调整的PyCBC Live搜索所实现的灵敏度进行了比较。引力波社区将准备制作合并前警报。我们的研究结果激励了具有宽视场、自动化和快速回转能力的观测站的操作，以便与引力波网络同时观测。
2020-10-19 astro-ph.HE gr-qc
Distinguishing cosmology, astrophysics and systematics: the Bayesian search for a primordial gravitational-wave background in next-generation observatories
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）
本研究利用贝叶斯搜索在宇宙探索者中探测原初引力波背景，发现波形系统误差会导致低频偏差和误判，需改进波形建模以准确恢复。
2026-09-15 astro-ph.HE gr-qc
Non-sky-averaged sensitivity curves for space-based gravitational-wave observatories
在引力波观测中，信噪比（SNR）被用作检测置信度的基本品质因数，并与Fisher矩阵一起用于从检测信号中提取的物理信息量。SNR通常从灵敏度曲线计算，灵敏度曲线描述了给定频率的单色源达到阈值SNR所需的引力波振幅。对于类似于激光干涉仪的天基干涉仪探测器，它们对长寿命信号敏感，位置和方向不断变化，需要逐个源计算精确的信噪比。为了方便起见，大多数作者更喜欢使用天空平均灵敏度，接受单个源的不准确SNR，并放弃对源总体SNR统计分布的控制。在本文中，我们描述了一个简单的端到端的配方来计算任何几何形状的干涉天基探测器的非天空平均灵敏度：实际上，我们推导出天空平均灵敏度曲线的误差条，这为以前关于天空平均信噪比的不合格陈述提供了严格的统计解释。作为一个工作的例子，我们认为各向同性和银河系盘人口的单色源，观察与“经典的LISA”的配置。我们确认，各向同性人口的（标准）反均方根平均灵敏度保持不变，是否包括在计算中的LISA轨道。然而，探测器的运动使灵敏度的分布变紧，因此对于50%的源，灵敏度在其平均值的30%以内。对于银河系盘人口，平均和分布的灵敏度为一个移动的检测器变成类似的各向同性的情况。
2012-09-12 gr-qc
Optimal detection of burst events in gravitational wave interferometric observatories
我们考虑的问题，检测突发信号的未知形状。我们引入了一个统计量，它概括了由Flanagan和Hughes提出并由Anderson等人扩展的超额功率统计量。我们提出的统计量对于任意噪声谱特性都是最优的，在两个假设下，噪声是高斯的，并且信号的先验是均匀的。统计推导是基于这样的假设，即信号影响仅影响数据流中的N个样本，但没有其他信息是先验可用的，并且每个样本处的信号值可以是任意的。我们表明，所提出的统计可以结合标准的时间序列分析工具，可以有效地实现，所产生的计算成本仍然是兼容的干涉数据的在线分析。我们将这个版本的超额功率统计推广到多个检测器的情况下，还包括相关噪声的影响。我们给出了完整的细节，无论是单检测器和多检测器的情况下，该算法的实施，我们讨论的确切和近似的形式，根据噪声的具体特性和假设的突发事件的长度。作为一个例子，我们将展示什么是网络的干涉仪的灵敏度的三角函数突发。
2001-12-08 gr-qc
Identifying heavy stellar black holes at cosmological distances with next generation gravitational-wave observatories
本文研究下一代地面引力波天文台探测宇宙学距离上总质量100-600倍太阳质量黑洞双星的能力，发现高阶多极矩可扩大可观测质量范围并改善质量与红移恢复，对质量间隙和超大质量黑洞种子形成具有重要意义。
2023-10-27 astro-ph.HE gr-qc
Chirping compact stars: gravitational radiation and detection degeneracy with binary systems A conceptual pathfinder for space-based gravitational-wave observatories
本文发现可压缩黎曼S型椭球体（CELs）的啁啾引力波信号与双白矮星及极端质量比旋进系统在特定频段不可区分，且三者局域宇宙发生率相近，对空间引力波探测器构成探测简并挑战。
2023-10-11 astro-ph.GA gr-qc
Precision constraints on the neutron star equation of state with third-generation gravitational-wave observatories
International Centre for Radio Astronomy Research, University of Western Australia（西澳大利亚大学国际射电天文研究中心）；OzGrav: The ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery（ARC引力波发现卓越中心）；School of Physics and Astronomy, Monash University（蒙纳士大学物理与天文学院）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）
利用第三代引力波观测站，通过模拟双中子星并合观测，对中子星半径约束达到约200米，比现有约束提升十倍。
2024-01-05 astro-ph.HE gr-qc
Significant challenges for astrophysical inference with next-generation gravitational-wave observatories
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）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文指出下一代引力波天文台的高信噪比长时BNS信号因地球自转、干涉仪自由光谱范围效应复杂度剧增，现有数据压缩方法失效，16Hz以下关键频段的推断计算不可行，并探讨了解决方向。
2025-03-06 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Bayesian inference for gravitational waves from binary neutron star mergers in third-generation observatories
第三代（3G）引力波探测器将以前所未有的精确度观测数千颗合并的中子星双星。由于高信噪比和长持续时间的信号，从这些信号中提取最高精度的科学预计是具有挑战性的。我们证明，目前的贝叶斯推断范例可以扩展到二进制中子星信号的分析，而不会打破计算银行。我们构建了降阶模型的$\sim 90\,\mathrm{minute}$长引力波信号，覆盖观测波段（$5-2048\,\mathrm{Hz}$），加快了推理的一个因素相比，没有降阶模型的计算时间$\sim 1.3\times 10^4$。降阶模型包括关键的物理，包括潮汐变形，振幅调制由于地球的旋转，和自旋引起的轨道进动的影响。我们展示了降阶建模如何加速对包含多个重叠引力波信号的数据的推断，并将加速确定为重叠信号数量的函数。因此，我们得出结论，贝叶斯推断是计算上易于处理的长寿，重叠，高信号噪声比的事件存在于3G观测站。
2021-08-23 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
3G R&D: R&D for the Next Generation of Ground-based Gravitational-wave Detectors
为了实现下一代引力波观测站的承诺，需要一个持续和协调的探测器研究和开发计划。本报告详细审查了下一代GW探测器所需的广泛的近期和长期探测器研发计划，这些计划与“下一代全球引力波观测站：科学书”中提出的关键科学目标相称，包括选址和大规模真空基础设施的考虑。该报告就探测器技术所需的进展以及实现这些进展所需的时间表提出了一系列详细建议。它还确定了更大规模的全球协调研发工作对确保成功同时最大限度地降低成本至关重要的领域。本报告是GWIC 3G小组委员会六部分系列报告中的第三部分：i）将引力波观测站的范围扩大到宇宙边缘，ii）下一代全球引力波观测站：科学书，iii）3G研发：下一代地基引力波探测器的研发（本报告），iv）引力波数据分析：3G时代的计算挑战，v）未来的地面引力波观测站：与其他科学界的协同作用，（六）探索未来全球引力波观测网络的可能管理模式。
2021-11-12 gr-qc
A new measure for the comparison of signals without templates and the detection of gravitational polarization in the GW150914 event
我们提出了一种新的措施，在两个探测器的未知引力波信号的比较，而不复发的{ \it先验}模板。我们将这种测量应用到GW 150914事件的LIGO数据中，发现汉福德和利文斯顿天文台记录了两个不同的引力波偏振信号分量。
2020-03-05 gr-qc
Arm locking for space-based laser interferometry gravitational wave observatories
激光稳频是激光干涉空间天线（LISA）等空间引力波观测站干涉测量系统的关键部分。臂锁定作为一种拟议的频率稳定技术，将长臂长度的稳定性转移到激光频率。臂锁定传感器合成航天器间相位测量的充分滤波的线性组合，以估计激光频率噪声，其可用于控制激光频率。在佛罗里达大学，我们开发了基于硬件的佛罗里达大学LISA干涉仪模拟器（UFLIS），以研究和验证激光频率噪声降低和抑制技术在现实的LISA样条件下。这些条件包括航天器之间的可变多普勒频移、LISA类信号传播时间、光学转发器、实际激光频率和定时噪声。我们回顾了不同类型的手臂锁定传感器，并讨论了它们在LISA中的预期性能。所提出的结果支持在相关的LISA样条件下的臂锁定的实验研究期间获得的结果。我们测量的噪声抑制以及初始瞬态和频率牵引多普勒频率误差的存在。本文的工作证明了LISA中臂锁定的有效性和可行性。
2014-01-08 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Machine Learning for Quantum-Enhanced Gravitational-Wave Observatories
针对引力波探测器压缩态制备维持难的问题，提出用机器学习预测LIGO第三次观测运行的压缩水平并分析退化来源，为未来压缩注入优化及智能闭环控制奠基。
2023-05-23 astro-ph.IM gr-qc quant-ph
Probing dipole radiation from binary neutron stars with ground-based laser-interferometer and atom-interferometer gravitational-wave observatories
原子干涉引力波（GW）观测站作为一种新型的地基GW探测器，具有较低的观测灵敏度。以原子干涉仪--昭山长基线原子干涉仪引力天线（ZAIGA）及其升级版（Z+）为例，研究了原子干涉仪如何与地面激光干涉仪互补，用于测量双星中子星（BNS）合并产生的引力偶极辐射。这样的测试对于更好地理解强等效原理是很重要的，强等效原理是爱因斯坦广义相对论的核心。为了获得统计上合理的结果，我们抽样BNS系统根据他们的合并率和人口，从中我们研究的参数化偶极子辐射参数$B$的预期范围。从地面激光干涉仪和原子干涉仪ZAIGA/Z+的组合中提取BNS参数和偶极辐射，与地面激光干涉仪单独相比，我们有权获得几倍到几个数量级的$B$的更严格的界限，最终达到$|B| \lesssim 10^{-9}$（与ZAIGA）和$|B| \lesssim 10^{-10}$（与Z+）的水平。
2021-08-18 astro-ph.HE gr-qc
Detection of gravitational waves in Michelson interferometer by the use of second order correlation functions
讨论了用频谱分析仪测量引力波探测器电流或光子数的二阶关联函数和观测引力信号的可能性。该方法是基于复杂的数据处理，预计将是有效的相干周期引力波。它被认为是引力波观测站目前使用的常规方法的替代方法。
2006-12-31 gr-qc
Subtracting Compact Binary Foregrounds to Search for Subdominant Gravitational-Wave Backgrounds in Next-Generation Ground-Based Observatories
本文研究下一代地面引力波观测站中双黑洞和双中子星并合产生的随机引力波背景，发现残余背景主要由并合相位和光度距离的不确定性造成，并限制了观测其他次主导背景的灵敏度，需探索新的信号扣除方法。
2023-09-24 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Revealing the formation of stellar-mass black hole binaries: The need for deci-Hertz gravitational wave observatories
致密恒星质量双星的形成是天体物理学中一个困难但有趣的问题。有两个主要的形成渠道：在现场通过双星演化，或在致密的恒星系统通过动力学相互作用。激光干涉引力波天文台（LIGO）已经通过引力辐射探测到了黑洞双星（BHB）。这些检测为我们提供了有关系统物理参数的信息。有人声称，当激光干涉仪空间天线（LISA）运行时，与LIGO联合观察这些双星将使我们能够推导出导致它们形成的通道。然而，我们表明，在致密的恒星系统中的BHB动力学相互作用可能会导致高偏心率，使一小部分的相对论合并是听不见的LISA。LISA未检测到进入LIGO波段的BHB偏心率的下限约为$0.005$。另一方面，像DECIGO或天琴这样的分赫兹天文台将大大提高联合探测的机会，并揭示这些双星的形成通道。
2017-03-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Improving the resolution of double white dwarf systems with spaceborne gravitational wave observatories using a robust astrophysical prior
Lanzhou University（兰州大学）；University of Texas Rio Grande Valley（德克萨斯大学里奥格兰德河谷分校）
本文在迭代GBSIEVER管道中引入基于白矮星质量极限和引力波频率及其时间导数关系的强天体物理先验，显著提升了LISA及LISA-太极网络对双白矮星源的分辨率和参数估计精度。
2026-05-31 astro-ph.IM gr-qc
Eccentric Gravitational Wave Bursts in the Post-Newtonian Formalism
地面引力波观测站对GW 150914的探测开创了天体物理学的新纪元。在最佳灵敏度下，预计这些观测站每年将探测到几个事件，其中一两个事件的偏心率不可忽略。这样的偏心双星在每一次近心通过时都会发出引力辐射的爆发，在那里轨道速度可以达到光速的10%以上。因此，这类双星可能被证明是极端引力物理学和天体物理学的强大探测器。一个有前途的方法来实现检测这样的二进制是通过功率叠加，其中每个突发的功率在时间-频率空间中相加。这种检测策略需要突发在时间和频率上发生的理论先验，以便知道在哪里搜索连续的突发。在这里，我们提出了一个通用的后牛顿形式主义，用于构建这样的时间-频率模型先验一般后牛顿秩序。我们应用我们的形式主义产生一个爆炸模型在第三后牛顿秩序，使其成为最准确的，完全解析模型。
2017-06-13 gr-qc
Determining the core-collapse supernova explosion mechanism with current and future gravitational-wave observatories
本文利用覆盖完整爆发阶段的新型三维磁旋转波形，结合三类探测器与三种分类方法，评估通过引力波区分核心坍缩超新星爆发机制的能力。
2024-02-28 astro-ph.HE gr-qc
