The search of higher multipole radiation in gravitational waves from compact binary coalescences by a minimally-modelled pipeline
相干WaveBurst(cWB)流水线实现了最小建模搜索,以在LIGO-Virgo协作的引力波探测器网络中的时频域中找到相干响应。在这篇手稿中,我们及时地介绍了cWB分析的扩展,以检测在致密二元聚结的螺旋相期间引力波的主要四极发射之外的光谱特征;更详细的讨论将在即将发表的论文中提供[1]。通过在时间-频率图中定义特定区域来执行搜索,以提取在螺旋相位中的主四极模的谐波的能量。这种方法已经在GW 190814发现论文(Astrophys. J. Lett. 896 L44)。在这里,我们展示了在cWB框架内检测GW 190814中的(3,3)多极子的过程。关键词:引力波,分析,多极子,致密二元凝聚
2021-10-29 astro-ph.IM gr-qc
The PyCBC search for gravitational waves from compact binary coalescence
我们描述了PyCBC搜索先进的引力波探测器数据中的致密物体二元聚结的引力波。该搜索被用于第一次高级LIGO观测运行,并明确识别出两个黑洞二元合并,GW 150914和GW 151226。PyCBC搜索的核心是使用一组引力波模板波形对二进制合并信号进行匹配滤波器搜索。我们提供了搜索管道的完整描述,包括用于减轻数据中噪声瞬变影响的步骤,识别候选事件并测量其统计显著性。该分析能够测量低至百万年一次的误报率,这是可靠检测信号所需的。使用最初LIGO第六次科学运行的数据,我们表明新的分析减少了搜索中的背景噪声,使二元中子星系统的敏感体积比以前的搜索增加了30%。
2016-09-14 astro-ph.IM gr-qc
Rapid Parameter Estimation of Gravitational Waves from Binary Neutron Star Coalescence using Focused Reduced Order Quadrature
快速估计来自双中子星合并的引力波的参数,特别是在初始检测阶段后几分钟内精确定位天空,对于多信使观测的成功至关重要。其中一个技术,以加快参数估计,这已被应用于生产分析的LIGO-Virgo合作,是减少阶正交(ROQ)。虽然它大大加快了参数估计的速度,但所需的时间仍然是几个小时。针对参数估计后续可以根据检测阶段的信息进行调整这一事实,我们改进了ROQ技术,并开发了一种新的技术,我们将其命名为聚焦降阶正交(FROQ)。我们发现,FROQ加快了参数估计的一个因素的$\mathcal{O}(10^3)$到$\mathcal{O}(10^4)$,并能够提供准确的源属性,如源的位置在几十分钟后检测。
2021-03-23 astro-ph.IM gr-qc
PyCBC Inference: A Python-based parameter estimation toolkit for compact binary coalescence signals
我们在开源PyCBC引力波天文工具包中引入了新的模块,这些模块实现了用于紧凑对象二进制合并的贝叶斯推断。我们审查的贝叶斯推断方法实现和描述的模块的结构。我们表明,PyCBC推理模块产生无偏估计的参数的模拟人口的二进制黑洞合并。我们表明,后验参数分布使用我们的新代码同意与发表的估计,在第一个LIGO-处女座观测运行的二进制黑洞。
2018-07-26 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
Deep Learning Model on Gravitational Waveforms in Merging and Ringdown Phases of Binary Black Hole Coalescences
基于匹配滤波的重力波搜索波形模板应覆盖较宽的参数范围,以保证探测的成功。数值相对论(NR)已被广泛接受为最准确的波形建模方法。尽管如此,众所周知,NR通常需要大量的计算成本。在本文中,我们展示了一种新的确定性深度学习(DL)架构的概念验证,该架构可以从非旋转二元黑洞合并的合并和振铃阶段生成引力波形。我们的模型需要${\cal O}$(1)秒来生成大约$1500$波形,平均与最先进的波形近似值之一(有效单体)匹配99.9%。我们还进行了匹配滤波与DL波形,发现波形可以恢复注入的引力波信号的事件时间。
2021-05-25 astro-ph.IM gr-qc
A machine-learning pipeline for real-time detection of gravitational waves from compact binary coalescences
针对多信使天文学对引力波低延迟探测的需求,本文提出首个全机器学习的致密双天体并合引力波低延迟探测流水线,延迟远低于传统匹配滤波方法,对大质量恒星级双黑洞探测灵敏度达当前最优。
2025-09-04 astro-ph.IM gr-qc
Multi-detector null-stream-based $χ^2$ statistic for compact binary coalescence searches
我们开发了一种新的基于多探测器信号的探测器,以提高从致密双星合并中搜索引力波的灵敏度。新的统计量是传统的$χ^2$计算的零流从三个探测器的引力波探测器应变时间序列合成。这种空流- $χ^2$统计也可以扩展到涉及三个以上检测器的网络。零流本身被认为是多个探测器中相关的未建模信号(例如来自共同的天体物理源)和不相关的噪声瞬态之间的一种信号。即使当信号模型已知时,例如对于紧凑的二元聚结,它也是有用的。另一方面,当信号模型已知时,传统的$χ^2$是一种有效的滤波器,并且适合于匹配滤波技术。当信号在频带内缺乏足够的周期时,后者的有效性就会减弱;这可能发生在高质量的黑洞双星中。当网络中的不同检测器中存在并发噪声瞬变或检测器灵敏度显著不同时,前者减弱。使用模拟的二进制黑洞信号,噪声瞬态和应变先进的LIGO(在利文斯顿和汉福德)和先进的处女座探测器,我们比较的零流$χ^2$统计的性能与传统的$χ^2$统计使用接收器操作特性。新的统计数据可能会形成更好的信号噪声鉴别器在多检测器搜索的基础上,在未来。
2019-12-25 astro-ph.IM gr-qc
Accelerating parameter estimation of gravitational waves from compact binary coalescence using adaptive frequency resolutions
贝叶斯参数估计的引力波从紧凑的二元聚结(CBC)通常需要超过数百万的计算昂贵的模板波形的评估。我们提出了一种技术,以减少成本的波形产生,利用啁啾行为的CBC信号。我们的技术不需要在分析中使用的频率范围内的所有频率的波形,并且不会由于波形的上采样而遭受固定成本。我们的方法加快了典型双星中子星信号的参数估计,对于$20\,\mathrm{Hz}$的低频截止,加快了$\mathcal{O}(10)$,对于$5\,\mathrm{Hz}$,加快了$\mathcal{O}(10^2)$。它不需要任何离线准备或由检测管道提供的源参数的准确估计。
2021-08-25 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Addressing the challenges of detecting time-overlapping compact binary coalescences
瞬态引力波的标准探测和分析技术假设探测器数据在任何时候最多包含一个信号。随着探测器灵敏度的提高,这种假设将不再有效。在本文中,我们将研究目前的搜索技术的瞬态引力波将表现在存在一个以上的信号。我们进行搜索的数据集包含时间重叠紧凑的二元聚结。这包括建模的匹配滤波器搜索(PyCBC)和未建模的相干搜索,相干波突发(cWB)。这两种搜索都被LIGO-Virgo-KAGRA合作所使用。我们发现,这两个搜索都能够正确识别两个信号时,信号是不同的合并时间,$|Δt_c| \geq 1$第二,与PyCBC失去的重叠的二元黑洞合并的信号只有$1\%$。两个流水线都可以在区域$|Δt_c| < 1$内找到信号配对。然而,流水线中的聚类例程将导致仅恢复两个信号中的一个,因此效率降低。在这个区域内,我们发现cWB可以识别这两种信号。我们还发现,匹配滤波器搜索可以修改,以提供正确的参数估计每个信号。
2022-11-08 astro-ph.IM gr-qc
A method to estimate the significance of coincident gravitational-wave observations from compact binary coalescence
由中子星和/或黑洞组成的合并致密双星系统应该可以用即将到来的先进引力波探测器探测到,如LIGO,Virgo,GEO和{KAGRA}。到目前为止,引力波实验充满了非高斯、非平稳的噪声,这使得确定事件的重要性变得非常困难。一个流行的方法来估计的重要性是时移的事件之间收集的探测器,以建立一个假符合率。在这里,我们提出了一种方法,用于估计虚警概率的事件使用变量通常可用于搜索候选人,不依赖于明确的时间移动的事件,同时仍然捕捉非高斯的数据。我们提出了一种方法,用于在存在几个镀银(3- 5 $σ$)事件但不一定存在任何镀金($>5σ$)事件的情况下建立事件的统计检测。我们使用LIGO数据和模拟的,现实的,盲目的信号人口来测试我们的方法。
2012-09-04 astro-ph.IM gr-qc
Performance of multi-detector hybrid statistic in targeted compact binary coalescence search
在本文中,我们比较性能的两个似然比为基础的检测统计,即最大似然比统计和{ \it混合}统计设计用于检测引力波从紧凑的二进制聚结使用多个干涉检测器网络。我们对非自旋双中子星双星系统和具有自旋和非自旋黑洞分量质量的中子星-黑洞双星系统进行了模拟。二元注射均匀分布在高达1 Gpc的体积中。我们观察到,平均而言,最大似然比统计恢复$\sim 34.45\%$,$\sim 49.69\%$,$\sim 61.25\%$和$\sim 69.67\%$的注入分别在2,3,4和5个探测器网络的情况下,中子星-黑洞注入高斯噪声中的$10^{-7}$的固定虚警概率。此外,我们注意到,与最大似然比统计相比,{ \it hybrid}统计在高斯噪声中对于相同的虚警概率分别在2、3、4和5个检测器网络中恢复$\sim 7.45\%$、$\sim 4.57\%$、$\sim 2.56\%$和$\sim 1.22\%$更多的注入。另一方面,在双星注入中,最大似然比统计分别恢复了2、3、4和5个探测器网络中注入的$\sim 5.587\%$、$\sim 9.917\%$、$\sim 14.73\%$和$\sim 19.86\%$,并且{ \it hybrid}统计恢复了$\sim 14.63\%$、$\sim 12.91\%$、$\sim 11.49\%$和$\sim 10.29\%$,与最大似然比统计相比,4个…
2017-11-15 astro-ph.IM gr-qc
Comparative study of 1D and 2D convolutional neural network models with attribution analysis for gravitational wave detection from compact binary coalescences
本研究比较一维、二维CNN及其集成模型在真实噪声中探测致密双星并合引力波信号,发现集成模型性能最优,并通过归因分析揭示模型互补性。
2024-01-31 astro-ph.IM gr-qc
Toward low-latency coincident precessing and coherent aligned-spin gravitational-wave searches of compact binary coalescences with particle swarm optimization
我们研究了粒子群优化(PSO)算法用于检测引力波信号从紧凑的二元聚结。结果表明,粒子群算法在寻找引力波信号中是快速有效的。基于PSO的对齐自旋符合多探测器搜索恢复了明显更多的引力波信号,对于信噪比(SNR)为10的情况,与模板库搜索相比,基于PSO的对齐自旋搜索恢复了大约26个$\%$事件。基于PSO的对齐自旋符合搜索使用48k匹配滤波操作,并在检测阶段提供更好的参数估计精度,与LIGO第二次观测运行(O2)中使用400k模板点的PyCBC模板库搜索相比。我们证明了一个有效的基于PSO的处理符合搜索与320k匹配滤波操作每个检测器。我们提出了一个全天空对齐自旋相干搜索与576k匹配滤波操作每个探测器的一些例子,两个,三个,四个探测器网络构成的LIGO探测器在汉福德和利文斯顿,处女座和KAGRA的结果。背景估计技术,适用于实际数据的PSO为基础的重合和相干搜索。
2018-11-15 astro-ph.IM gr-qc
The MBTA Pipeline for Detecting Compact Binary Coalescences in the Fourth LIGO-Virgo-KAGRA Observing Run
本文介绍 MBTA 引力波搜索流水线在 LVK 第四次观测运行中的配置、相较 O3 的改进,以及其在 O4a 离线分析和 O4b 调整中的应用。
2025-04-30 astro-ph.IM gr-qc
Preparations for detecting and characterizing gravitational-wave signals from binary black hole coalescences
我们评估如何以及EOBNR波形,从有效的一体化形式主义,执行在检测引力波(GW)信号从二进制黑洞(BBH)合并建模的数值相对论(NR)组参加第二版的数值注入分析(NINJA-2)。在这项研究中,在公共领域中可用的NINJA-2 NR信号被注入到模拟高斯,为三个具有早期高级LIGO灵敏度的LIGO-Virgo探测器准备的稳定数据中。在这里,我们只研究了非旋转BBH信号。在两个月的数据集中,共注入了来自20个NR信号家族的2000个此类信号。全天时紧凑型二进制合并(CBC)搜索管道与一个附加的相干阶段一起运行,以搜索这些信号。我们发现EOBNR模板在检测非自旋NR基信号时的效率仅略低于检测EOBNR注入时的效率(百分之几)。另一方面,相干级在重合搜索上提高了几个百分点的信号可检测性。
2013-11-20 astro-ph.IM
A neural network for estimating compact binary coalescence parameters of gravitational-wave events in real time
针对匹配滤波技术在致密双星并合引力波参数估计中的误差问题,提出分位数回归神经网络模型提供动态参数边界,测试准确率超90%,作为先验可减少9%似然评估次数,缩短运行时间且不影响定位。
2025-08-20 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Rapid search for massive black hole binary coalescences using deep learning
本文提出一种深度学习方法,可在数秒内处理LISA数据挑战的一年模拟数据,无误报地识别所有大质量黑洞双星并合,并对不同波形族和仪器配置表现出强泛化能力,为空间引力波观测开辟新途径。
2023-04-15 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Rapid Likelihood Free Inference of Compact Binary Coalescences using Accelerated Hardware
LIGO Laboratory(LIGO实验室)
本文提出基于无似然推断的引力波参数估计算法 AMPLFI,通过在加速硬件上优化数据加载与预处理,结合 Aframe 搜索,实现了约6秒净延迟的紧凑双星合并实时参数推断。
2024-07-26 astro-ph.IM cs.LG gr-qc
Template Bank for Compact Binary Coalescence Searches in Gravitational Wave Data: A General Geometric Placement Algorithm
本文介绍了一种在引力波干涉仪数据中寻找致密双星合并的模板波形的算法。我们利用了二进制参数的频域波形的振幅和展开相位的平滑依赖性。我们组波形具有相似的幅度配置文件和执行奇异值分解的相位配置文件,以获得一个正交基的相位函数。前导基函数跨越低维线性空间,其中任何物理波形的展开相位都很好地近似。最佳模板放置由线性系数空间中的规则网格给出。该算法适用于任何频域波形模型和探测器灵敏度曲线。它在计算上是高效的,并且需要很少的调整。应用该方法,我们构造了一组适用于在LIGO-Virgo数据中搜索自旋对齐的双星中子星、中子星-黑洞和双星黑洞合并的模板库。
2019-07-01 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Likelihood-Ratio Ranking Statistic for Compact Binary Coalescence Candidates with Rate Estimation
我们提出了一种新的似然比排名统计数据,用于从致密物体二进制的螺旋和合并中搜索引力波。扩大以前的工作,排名统计纳入了一个模型的相关性的信噪比,信号将被视为在一个网络中的地面天线,同时保留一个代数程序的排名统计值映射到虚警概率。此外,排序统计使得能够实现严格的信号速率估计技术。我们实现的排名统计,并证明其使用,包括在模拟噪声中的模拟信号人口的分析中的信号速率估计。
2015-04-17 astro-ph.IM
Next-generation global gravitational-wave detector network: Impact of detector orientation on compact binary coalescence and stochastic gravitational-wave background searches
本研究探讨下一代引力波探测器网络中臂朝向对随机背景和致密双星并合搜索灵敏度的影响,提出优化方法并比较五种配置,表明全球协调建设该网络具有优势。
2025-01-22 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Application of a Zero-latency Whitening Filter to Compact Binary Coalescence Gravitational-wave Searches
电磁波和引力波的联合观测是未来十年引力波天文学和电磁天文学的主要目标。实现这一目标的一个方法是指导GW候选人的后续行动。即时电磁发射可能快速衰减,因此希望GW检测尽可能快地发生。GW检测中延迟的主要来源是数据的白化。我们研究了一个零延迟白化滤波器在检测管道中的性能紧凑的二进制聚结(CBC)GW信号。我们发现,滤波器再现信噪比(SNR)充分一致的结果,原来的高延迟和相位保持滤波器的噪声和人工GW信号(称为“注入”)。此外,我们证明了这两个白化滤波器在$χ^2$值上显示出极好的一致性,这是GW信号的一个参数。
2017-08-14 astro-ph.IM
Compact Binary Coalescence Gravitational Wave Signals Counting and Separation
针对下一代引力波观测中多信号重叠难题,提出基于注意力与多解码器的 UnMixFormer,可同时计数最多五个致密双星并合事件并分离波形,准确率达99.89%。
2025-05-13 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
A Comprehensive Analysis of the Gravitational Wave Events with the Hilbert-Huang Transform: From Compact Binary Coalescence to Supernova
我们分析的引力波信号与模型无关的时间-频率分析,这是从希尔伯特-黄变换(HHT)的改进和优化,以表征频率的时频图上的变化。除了常规的HHT算法,即,利用集合经验模态分解获得固有模态函数并产生瞬时频率,我们提出了一种在时频图上操作集合均值的替代算法。利用该方法对LIGO O 1和O2观测到的致密双星合并的已知引力波事件以及模拟的核心坍缩超新星(CCSNe)引力波信号进行了系统分析。与小波谱相比,二元黑洞合并的时频图显示了更好的细节。此外,我们的算法可以减少由模式混合引起的瞬时频率振荡。对于CCSNe数据,HHT可以精确地测定原中子星的振荡和吸积激波不稳定性的辐射。更重要的是,不同振荡模式的初始阶段可以清楚地分开。这些结果为进一步建立检测算法提供了新的线索,也为研究其物理机制提供了新的探索。
2022-07-14 astro-ph.HE astro-ph.IM
Compact Binary Coalescences: Astrophysical Processes and Lessons Learned
2016年2月11日,LIGO和Virgo科学合作宣布首次直接探测到引力波,这是LIGO干涉仪在2015年9月14日捕获的信号,由两个恒星质量的黑洞合并产生。这一发现标志着一种全新的研究宇宙的方法的开始。LIGO、Virgo和KAGRA的最新引力波目录使引力波事件总数达到90个,预计在未来几年内,当更多的地面和空间干涉仪投入使用时,这一数字将显著增加。从理论的角度来看,我们对探测到的事件来自哪里只有模糊的想法,并且对于致密双星合并的天体物理学的五个W和How中的大多数的答案仍然是未知的。在这项工作中,我们回顾了我们目前的知识和不确定性的天体物理过程背后合并致密天体二进制文件。此外,我们讨论了通过最新的引力波探测所学到的天体物理学经验教训,特别注意来自特殊事件的理论挑战(例如,GW190521和GW190814)。
2022-06-30 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Limits on the Electro-Magnetic Counterpart of Binary Black Hole Coalescence at Visible Wavelengths
我们使用TAROT望远镜网络来搜索GW 150914,GW 170104和GW 170814的电磁对应物,据报道,它们起源于LIGO和Virgo合作的双黑洞合并事件。我们的目标是在可见光波段限制双黑洞合并的辐射。我们开发了一种简单有效的算法,通过将图像数据与盖亚目录数据版本1进行匹配来检测新的源。利用机器学习技术,设计了一种大视场图像中未知源定位算法。图像和目录中物体之间的角距离被用来寻找新的来源;然后我们处理候选者,以验证它们是否可能是新的未知天体。虽然在所研究的三个引力波源误差框中检测到了几个可能的候选者,但没有一个被确认为可行的对应物。该算法对大视场中的未知候选者识别是有效的,并为GW 150914、GW 170104和GW 170814提供了候选者。在GW发射后的0.6天内,对整个90%的GW 170814错误框进行了广泛的调查,导致绝对极限R星等为-23.8。这个强极限在很大程度上排除了一个可能的发射伽马射线暴与光学对应物与GW 170814。
2019-10-07 astro-ph.HE astro-ph.IM
Constraining the Gravitational-Wave Afterglow From a Binary Neutron Star Coalescence
双中子星合并是丰富的物理实验室,可以通过地面干涉引力波探测器(如高级LIGO和高级室女座)进行。如果一个中子星残骸在合并中幸存下来,它可以发射出引力波,这种引力波可能被当前或下一代探测器探测到。长期存在的合并后阶段的物理学尚未得到很好的理解,因此难以建立模型。特别是引力波信号的相位没有很好地建模。在本文中,我们探索的方法,使用长持续时间合并后的引力波信号来约束的参数和剩余的属性。我们开发了一个相位不可知的似然模型,仅使用的频谱内容的参数估计和演示的贝叶斯上限的计算中没有信号。与毫秒磁星模型,我们表明,像GW 170817事件,一个长寿的遗迹的椭圆率可以被约束到小于约0.5的参数空间。
2020-02-11 astro-ph.HE astro-ph.IM