Spectrum of relic gravitational waves in string cosmology
我们计算了弦宇宙学模型中残余引力子的谱。在低和高频率的限制,我们重现已知的结果。然而,完整的光谱也显示了一系列的振荡,这些振荡可能会在计划中的LIGO/VIRGO探测器上产生特征信号。对于模型参数的特殊值,信号已经在LIGO和VIRGO可访问的频率处达到最大值,并且接近第一代实验的灵敏度。
1996-05-31 astro-ph gr-qc hep-th
No evidence for the blue-tilted power spectrum of relic gravitational waves
本文利用BICEP 2/Keck阵列和Planck(BKP)以及激光干涉引力波天文台(LIGO)的观测数据,对遗迹引力波的功率谱倾斜进行了约束。根据BKP B模式的数据,张量倾斜的约束条件为$68%$置信水平下的$n_t=0.66^{+1.83}_{-1.44}$。通过进一步增加LIGO对引力波能量密度的上限,约束在$68%$置信水平上变为$n_t=-0.76^{+1.37}_{-0.52}$。我们的结论是,没有证据表明一个蓝倾斜的遗迹引力波的功率谱和张量功率谱的指数的符号是兼容的数据。
2015-02-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Massive relic gravitational waves from f(R) theories of gravity: production and potential detection
遗留引力波的随机背景的产生在文献中的各种著作中是众所周知的,在这些著作中,通过使用所谓的绝热放大零点涨落过程,已经表明早期宇宙的标准暴胀方案如何在原则上提供遗留引力波的独特谱。本文指出,一般情况下,f(R)引力理论产生第三大质量的引力波极化,并采用绝热放大的零点涨落过程分析了这种极化的原始产生。这样,以前的结果,其中只有特殊情况下的f(R)理论进行了分析,将被推广。质量的存在也可能在宇宙学中有重要的应用,因为引力波可以有质量的事实可能对宇宙的暗物质有贡献。这些遗迹引力波,这是由WMAP约束的上限,也被释放。在论文的最后,讨论了使用Virgo和LIGO等干涉仪探测如此大质量的引力波的可能性。
2010-07-23 gr-qc
Relic gravitational waves produced after preheating
我们表明,引力辐射是相当有效地产生在相互作用的经典波共振衰减的相干振荡场。对于简单的混沌暴胀模型,其中暴胀子与另一个标量场相互作用,我们发现,今天的每倍频程引力波的能量密度与宇宙临界密度之比在最大波长为10^{5} cm时可以高达10^{-12}。在纯$λϕ^4$模型中,由这种机制产生的引力波的最大波长为10^6 cm量级,接近LIGO和TIGA运行频率的上限。然而,在这种模式下,波的能量密度可能远低于LIGO或TIGA在这种频率下的灵敏度。我们讨论了在其他暴胀模型中经典波的相互作用可能导致更强的引力辐射背景的可能性。
1997-01-30 astro-ph gr-qc hep-ph
Primordial gravity's breath
通过给出一个将遗迹随机重力波背景(SGWB)的平均振幅直接与Inflaton场联系起来的公式和遗迹SGWB的特征振幅h_c的方程,本文讨论了威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)和激光干涉引力波天文台(LIGO)科学合作组(LSC)的残余引力波的上界。数据在Inflaton字段的下限中转换。结果表明,由WMAP约束产生的Inflaton场的值与著名的Inflation慢滚条件完全一致,而由LSC约束产生的Inflaton场的值与慢滚条件不一致.无论如何,本文的分析表明,SGWB的探测将通过提供有关早期宇宙动力学的非常宝贵和精确的信息来直接测量Inflaton场的值。换句话说,SGWB的探测将允许听诊“原始重力的呼吸”。
2011-10-08 gr-qc
Testing metric-affine f(R)-gravity by relic scalar gravitational waves
本文讨论了度量仿射f(R)引力场中标量引力波的出现。这样的一个组件允许区分度量和度量仿射理论的内在含义,这一结果是,测地线结构的理论可以区分。我们推广了互相关分析的形式,包括了附加的极化模式,并计算了宇宙学遗迹引力子谱的可探测能量密度。针对VIRGO、LIGO和LISA干涉仪的灵敏度,讨论了信号的可能检测。
2010-07-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Matter Effects on LIGO/Virgo Searches for Gravitational Waves from Merging Neutron Stars
预计在未来5年内将观测到来自合并中子星的引力波。我们探讨了合并双中子星双星的物质效应对引力波的潜在影响。如果中子星双星的啁啾质量小于大约1个太阳质量,并且典型的中子星半径大于大约14公里,或者如果中子星半径大于15-16公里,对于银河系中子星双星的啁啾质量,那么物质将对基于点粒子的搜索在高级LIGO设计灵敏度上的有效性产生重大影响(约5%的额外信号损失)。在LIGO第一次观测运行的典型配置中,极端物质效应在最极端的情况下导致高达10%的潜在损失。
2017-08-14 gr-qc
Relic Gravitational Waves and Their Detection
残余(压缩)引力波的预期振幅和光谱斜率范围,由理论预测和部分观测支持,是在灵敏的引力波探测器的范围内。在最有利的情况下,遗迹引力波的检测可以通过互相关的初始激光干涉仪在LIGO,VIRGO,GEO600的输出来实现。在更现实的情况下,将需要先进的地面和空间激光干涉仪的灵敏度。与压缩现象相关的残余引力波的特定统计特征是进一步提高信噪比的潜在储备。
2000-02-08 astro-ph gr-qc hep-ph
Sensitivity Achieved by the LIGO and Virgo Gravitational Wave Detectors during LIGO's Sixth and Virgo's Second and Third Science Runs
我们总结了LIGO和Virgo引力波探测器在LIGO第六次科学运行以及Virgo第二次和第三次科学运行期间对低质量致密二元并合(CBC)搜索所实现的灵敏度。我们提出了应变噪声功率谱密度(PSD),这是典型的性能,在这些科学运行的探测器实现。此处提供的数据以及随附的网络可访问数据文件旨在向公众发布,作为S6和VSR 2 -3期间低质量CBC搜索的探测器性能总结。
2012-03-15 gr-qc
Modifications by QCD transition and $e^+e^-$ annihilation on analytic spectrum of relic gravitational waves in accelerating universe
正如量子色动力学(QCD)所预言的那样,在早期宇宙中,在$T\sim 190$ MeV附近,发生了夸克结合成大质量强子的QCD跃迁。这个过程减少了有效的相对论自由度,并导致宇宙膨胀行为的变化。类似地,发生在$T\sim 0.5$ Mev附近的$e^+e^-$湮灭具有相同类型的效应。此外,暗能量还推动了现阶段的加速膨胀。我们研究了这些组合效应对遗迹引力波(RGW)的影响。在我们的处理中,QCD跃迁和$e^+e^-$湮灭分别由插入辐射时代的短膨胀期表示。在此基础上,解析求解了从暴胀到当前加速的平坦宇宙中的引力波方程,得到了覆盖整个频率范围$>10^{-19}$ Hz的引力波谱.结果表明,QCD跃迁使RGW的振幅在$>10^{-9} $ Hz范围内减小$\sim 20%$,而$e^+e^-$湮灭使$\sim 10%$在$>10^{-12} $ Hz范围内减小.在暗能量的存在下,QCD跃迁和$e^+e^-$湮灭的组合,导致$\sim 30% $的幅度在$>10^{-9} $ Hz的范围内更大的减小,该范围覆盖了LIGO和LISA的操作频带。分析表明,目前的LIGO很难探测到RGW,但对于某些暴胀模型,LISA可以检验RGW。
2008-03-19 astro-ph gr-qc
Disk draining in LIGO progenitor black hole binaries and its significance to electromagnetic counterparts
本文通过二维流体动力学模拟发现,双黑洞旋进过程中激发的螺旋波会加速遗迹吸积盘的质量和角动量传输,导致吸积盘在黑洞合并前被排空,从而降低了探测到电磁对应体的可能性。
2025-03-01 astro-ph.HE gr-qc
New Primordial-Magnetic-Field Limit from The Latest LIGO S5 data
由于磁场的能量动量张量在其各向异性应力中总是包含自旋2分量,因此早期宇宙中的随机太初磁场必然产生随机引力波背景。这一过程将极大地影响残余引力波(RGW),这是激光干涉仪GW探测的主要科学目标之一。最近,激光干涉引力波天文台(LIGO)第五次科学运行(S5)给出了RGW背景下最新的$Ω_{GW}<6.9\times10^{-6}$上限值$Ω_{GW}<6.9\times10^{-6}$。利用这个上限,我们得到了新的PMF极限:对于星系团$λ=1$ Mpc,由电弱相变(EPT)产生的PMF的振幅必须弱于$B_λ \leq 4\times 10^{-7}$高斯;对于超星系团$λ=100$ Mpc,PMF的振幅必须弱于$B_λ \leq 9\times 10^{-11}$高斯.这样,GW观测有可能对原始磁场的研究做出有趣的贡献。
2009-12-16 astro-ph gr-qc
Relic gravitational waves from Quintessential Inflation
我们在经典暴胀的范式下研究了残余引力波。在这一框架下,无论基础模型如何,通货膨胀之后都是动力机制。此后,在加速开始之前,场能量密度保持次主导。我们进行了模型无关的分析,以获得膨胀结束时的温度和估计的哈勃参数的上限,以规避由于遗迹引力波的问题。在这个过程中,我们使用普朗克2015年的数据来限制通货膨胀阶段。我们证明,所需的温度可以产生的机制,即时预热。该方案的一般特征包括在暴胀后存在动力学机制,这导致在高频下出现蓝色的引力波背景谱。讨论了在先进的LIGO和LISA空间引力波探测任务中探测遗迹引力波背景的前景。最后,我们考虑一个具体的模型,实现典型的通货膨胀的范例,并表明,通货膨胀以及后通货膨胀的演变可以成功地描述的暴胀子潜力,$V(ϕ) \propto Exp(-λϕ^n/\Mpl^n)(n>1)$,通过适当的约束模型的参数。
2017-08-24 astro-ph.CO gr-qc
First upper limits from LIGO on gravitational wave bursts
我们报告的搜索引力波爆发使用的数据从第一次科学运行的LIGO探测器。我们的研究重点是持续时间从4 ms到100 ms不等的爆发,并且在LIGO灵敏度波段150到3000 Hz具有显著的功率。在90%的置信水平下,我们将此类检测到的爆发率限制在每天少于1.6起事件。该结果被解释为特定波形(高斯和正弦-高斯)的检测效率作为其均方根和应变h_{rss}的函数;典型的灵敏度范围为h_{rss} ~ 10^{-19} - 10^{-17}应变/rtHz,具体取决于波形。我们讨论了改进的搜索方法,将适用于未来的科学数据从LIGO和其他引力波探测器。
2004-03-30 gr-qc
Gravitational wave background discovered by NANOGrav as evidence of a cyclic universe
NANOGrav联合体利用毫秒级射电望远镜的观测发现了振幅为$h\sim 10^{-15}$、频率为$f\sim 10^{-8}$ Hz的各向同性引力波背景(GWB)。我们假设GWB是在$z\sim 10^{10}$的大挤压期间合并恒星质量黑洞(SBH)留下的遗迹辐射。遗迹引力波与LIGO在2015年发现的具有$f\sim 10^2$ Hz的引力波相似,考虑到由于宇宙膨胀而导致频率降低$\sim 10^{10}$。我们以LIGO天文台发现的139个SBH的观测光谱为基础。我们的模型很好地解释了GWB的所有观察到的功能。与所有其他GWB模型不同,我们的模型预测GWB振幅在频率$f>3.5*10^{-8}$ Hz处急剧下降,反映了质量为$<4M_\odot$的SBH的缺陷。在大紧缩的SBMH合并应该产生尚未发现的GWB与$f\sim 10^{-(14-17)}$赫兹的频率。
2021-10-19 astro-ph.CO gr-qc
Electromagnetic response of a Gaussian beam to high-frequency relic gravitational waves in quintessential inflationary models
最近经典暴胀模型预期的高频残余引力波(GW)的最大信号和峰值可能牢牢地定位在GHz区域,即残余引力子的能量密度的临界单位(即,$ h_0^2 Ω_{GW}$)的数量级为$10^{-6}$,大约比普通暴胀模型大8个数量级。这是在较小的电磁检测系统中对高频GW的电磁(EM)响应的最佳频带。研究了高斯光束通过静态磁场时对高频波导的电磁响应。发现在同步谐振条件下,一阶微扰电磁功率通量在高斯光束对称轴附近将包含“左圆波”和“右圆波”,但遗迹GW的+偏振态和$\times$偏振态产生的微扰效应具有不同的性质,在局部区域内,扰动行为明显不同于背景电磁场。对于典型参数为$ ν_g = 10^{10}Hz$、$ h = 10^{- 30} $的典型暴胀模型中的高频遗迹GW,通过区域$ 10^{- 2} m^{2} $的相应微扰光子通量将被期望为$ 10^{3}s^{-1} $。这是我们最近使用典型的实验室参数分析和估计的最大微扰光子通量。此外,我们还讨论了高频残留GW在高斯光束中产生的几何相移,并估计了可能的物理效应。
2003-06-20 gr-qc
The propagating speed of relic gravitational waves and their refractive index during inflation
如果张量模的折射率在传统的暴胀膨胀阶段增加,则残余引力子谱向高频倾斜。两个明显不同的参数化的这种效果被证明是相关的四维度量通过一个共形因子,涉及折射率本身的重新缩放。在MHz区域中具有最大值的非单调光谱对应于在膨胀结束之前终止的折射率的有限变化。在探索了一个通用的方法,包括到目前为止提出的,我们估计所需的灵敏度预测的引力辐射的直接检测,并证明了允许的参数空间的区域范围内的一些计划探测器操作的音频波段(如Ligo/处女座和卡格拉)或在兆赫波段(如丽莎,BBO和Decigo)。
2018-05-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Search for stochastic gravitational-wave background from string cosmology with Advanced LIGO and Virgo's O1$\sim$O3 data
本文在Advanced LIGO和Virgo O1~O3数据中贝叶斯搜寻弦宇宙学超暴胀产生的随机引力波背景,未发现信号并给出100 Hz处能量密度上限,排除了模型自身β界允许的参数空间。
2023-04-04 astro-ph.CO gr-qc
Estimation of spectrum and parameters of relic gravitational waves using space-borne interferometers
我们提出了一个研究的频谱估计的遗迹引力波(RGWs)作为一个高斯随机背景,从未来的星载干涉仪,如LISA和ASTROD的输出信号。作为检测的目标,在暴胀过程中产生的RGW的解析谱描述了三个参数:张量标量比,频谱指数和运行指数。对于RGW的检测,分析了单个干涉仪的自相关信号,以及一对干涉仪的互相关、积分和非积分信号,给出了RGW的信噪比,并得到了RGW可检测参数的下限。通过抑制噪声水平,一个对的灵敏度比一个单一的一年的观测好2个数量级。对于默认的RGW,LISA的信噪比将比Advanced LIGO高4-5个数量级。在谱估计中,采用极大似然(ML)估计,计算信号的均值和协方差,得到高斯概率密度函数(PDF)和似然函数,推导出Fisher矩阵的表达式和谱的ML估计方程。采用Newton-Raphson法迭代求解。当噪声占主导地位时,单个LISA对于估计RGW谱是无效的,因为信号中的实际噪声并不准确。对于互相关一对,频谱也不能从积分输出信号中估计,并且只能估计一个参数,而其他两个参数是固定的或边缘化的。我们使用系综平均法来估计RGW频谱从未集成的输出信号。我们还采用了相关的未集成的信号估计的频谱和三个参数的RGW的贝叶斯方法。对于所有的方法,我们提供模拟来说明其可行性。
2019-03-03 gr-qc
Relic Gravity Waves from Braneworld Inflation
我们讨论的情况下,额外的维效应允许一个标量场与陡峭的潜力发挥的双重作用的暴胀子以及暗能量(精华)。在这种情况下,宇宙的后暴胀演化一般以“动力机制”为特征,在此期间,标量场的动能大大超过其势能,导致标量场物质$P_ϕ\simeq ρ_ϕ$的“刚性”状态方程。动力学制度之前的辐射占主导地位的时代,并介绍了一个重要的新功能的频谱的遗迹重力波在膨胀过程中量子力学。重力波谱随波数的增加而增加,波长短于辐射状态开始时的同动视界尺度。这种“蓝色倾斜”是具有陡峭势能的模型的一般特征,并对一类暴胀膜世界模型施加了强约束。讨论了陆地和空间重力波观测站如LIGO II和LISA探测重力波背景的前景。
2001-10-03 astro-ph gr-qc hep-ph
Relic Gravitational Waves with A Running Spectral Index and Its Constraints at High Frequencies
研究了运行指数$α_t$对整个频率范围($(10^{-18}\sim 10^{10})$ Hz)的残余引力波(RGW)频谱的影响,揭示了它在RGW探测和宇宙学中的意义.分析计算表明,虽然$α_t\ne 0$对RGW的低频频谱影响较小,但在高频上,RGW的频谱发生了显著的改变。调查对潜在的检测$α_t$修改RGW几种当前和计划的探测器。先进的LIGO将可能能够检测RGW与$α_t\ge 0$的通货膨胀模型与通货膨胀指数$β=-1.956$和张量标量比$r= 0.55$。未来的LISA可以检测更宽范围的RGW($α_t$,$β$,$r$),并且将有更好的机会打破它们之间的简并性。对$α_t$的约束估计从几个检测和宇宙学观测。其中,最严格的一个是从大爆炸核合成(BBN)的约束,并要求$α_t < 0.008$,而保守的任何合理的($β$,$r$),更喜欢一个近幂律谱的RGW。根据这个结果,如果RGW和标量扰动都是由相同的标量膨胀生成的,则可以预期标量运行索引$α_s$与$α_t$具有相同的量值。
2009-10-02 astro-ph.CO gr-qc
The Early Universe Odyssey With Gravitational Waves
这篇文章总结了引力波天文学,特别是遗迹引力波的产生和探测的一些最新工作。首先,我们简要地讨论了引力波的天体物理来源,这些引力波可能首先被即将投入运行的激光干涉仪(如GEO、LIGO、VIRGO)探测到。然后,我们继续讨论遗留的引力波,强调它们的量子力学起源和它们存在的必然性。结合已有的观测资料,讨论了直接探测遗迹引力波的前景。本文用相当大的篇幅比较了遗留的引力波与量子力学起源的密度扰动。它示出了如何压缩的量子力学产生的宇宙学扰动的现象体现在周期性结构的度量功率谱和在振荡行为的CMBR多极$C_l$作为一个功能的$l$。强调了理论计算的(统计)偶极矩$C_1$的宇宙学重要性。本文还对“标准暴胀结果”对引力波研究的损害作了评述。最后,我们以(现在很常见的)关于继续努力直接或间接地观测残余引力波的重大科学意义的评论作为结论。
2002-10-31 astro-ph gr-qc hep-th
Reducing the effect of seismic noise in LIGO searches by targeted veto generation
激光干涉仪引力波观测站是探测和研究天体物理学起源的引力波的国际努力的一部分。使用第一代探测器的这一项目的主要障碍之一是地震噪声对仪器灵敏度的影响-环境干扰导致干涉仪光学器件的运动,在引力波数据输出中作为噪声耦合。典型地,已经通过在辅助数据信号(对引力波具有可忽略的灵敏度)中的噪声和引力波数据中的噪声之间找到重合来识别瞬态噪声事件,但是在该方案中包括地震计读数的尝试已经证明是无效的。我们提出了一种新的方法,通过调整引力波爆发检测管道来产生高地震噪声的时间列表,以这些事件的低频特征。这种方法已被证明是非常有效的,在消除瞬态的地震起源的引力波(GW)数据,只有一个小的损失,可分析的时间。我们还提出了一个大纲,将这种方法扩展到其他噪声源。
2013-03-20 gr-qc
Using pulsar timing arrays and the quantum normalization condition to constrain relic gravitational waves
在早期宇宙遗留引力波(RGW)的非标准模型中,理论谱主要由振幅$r$和谱指数$β$来描述,谱指数通常由暴胀势的斜率决定。脉冲星定时阵列(PTAs)数据对应变谱的幅值施加了幂律形式的唯象约束。将这些约束应用到一个通用的,理论上的频谱与$r$和$β$作为独立的参数,我们将PTA约束转换成一个上限的索引$β$,这原来是严格的BBN,CMB和LIGO/VIRGO,分别比这些上限。此外,它被发现,PTA约束的非标准RGW更严格的标准RGW。如果量子归一化的条件被施加在RGW的理论光谱上,则$r$和$β$变得相关。在这个条件下,暴胀过程中视界尺寸的最小要求大于普朗克长度,导致了$β$的上限,这在幅度上与PTA相当。当PTAs和量子归一化都应用于RGW的理论谱时,可以获得早期宇宙的其他宇宙过程的约束,例如再加热,这是一个迄今为止在观测上不太了解的过程。由此产生的约束是一致的慢卷,大规模标量暴胀模型。未来的SKA将能够进一步限制RGW,甚至可能探测RGW,从而对非常早期的宇宙进行重要的探索。
2013-11-28 astro-ph.CO gr-qc
Parameterised population models of transient non-Gaussian noise in the LIGO gravitational-wave detectors
这两个干涉LIGO引力波观测站提供了迄今为止研究引力波宇宙最敏感的数据。作为全球网络的一部分,他们刚刚完成了第三次观测,在这次观测中,他们观测到了来自合并紧凑双星系统的数十个信号。人们早就知道,识别瞬态引力波信号的一个限制因素是瞬态非高斯噪声的存在,这降低了天体物理搜索可靠地检测信号的能力。我们付出了巨大的努力来从源头识别和减轻这种噪音,但它的存在仍然存在,从而需要软件解决方案。以一组瞬态噪声文物分类的重力间谍软件在O3a观测时代,我们产生参数化的人口模型的噪声投影到合并的二元系统的天体物理模型参数的空间。我们比较了瞬态噪声文物与观测到的天体物理系统从GWTC2.1目录推断的人口属性。我们发现,虽然人口的天体物理系统往往有接近相等的质量和适度的自旋,瞬态噪声文物的特点是极端的质量比和大自旋。这项工作提供了一种新的方法来计算一个观察到的候选人与给定类的噪声文物的一致性。这种方法可用于评估天体物理搜索发现的候选者的一致性(即确定它们是否与已知的毛刺类别一致)。此外,该方法可以直接纳入天体物理搜索,可能会提高探测器的覆盖范围,尽管只有详细的研究才能验证这一点。
2021-10-06 gr-qc
Search for gravitational waves associated with high-energy neutrinos detected by IceCube during the third observing run of LIGO-Virgo
Universiteit Gent(根特大学);STAR Institute, Université de Liège(列日大学STAR研究所);Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学);University of Catania(卡塔尼亚大学);Cardiff University(卡迪夫大学)
本研究在LIGO-Virgo O3运行期间,对IceCube探测到的高能中微子相关引力波开展无模型定向搜寻,未发现显著引力波信号,同时设定了不同发射模型下引力波源的距离下限。
2026-07-31 astro-ph.HE gr-qc
Reconstructing gravitational wave signals from binary black hole mergers with minimal assumptions
我们提出了一个系统的比较二进制黑洞(BBH)信号波形重建两个独立的和互补的方法,用于LIGO和Virgo源推断:基于模板的分析,和形态独立的分析。我们将这两种方法应用于实际事件和两组模拟观测,通过将模拟BBH信号添加到LIGO和Virgo探测器噪声中。第一组是第一个引力波瞬变目录(GWTC-1)中的10个BBH事件的代表。第二组是由总质量和信号强度在地面探测器通常敏感范围内的BBH系统构成的。我们发现GWTC-1事件的重建质量与两组模拟信号的结果是一致的。我们还演示了一个模拟的情况下,在所观察到的信号,即高阶模式,可以通过形态独立的分析确定的存在下的误模效应。这项研究与LIGO和Virgo目前正在进行的和未来的观测运行有关。
2020-09-22 gr-qc
Prospects for reconstructing the gravitational-wave signals from core-collapse supernovae with Advanced LIGO-Virgo and the BayesWave algorithm
我们目前对核心坍缩超新星爆炸机制的理解是不完整的,对于初始冲击波如何被激发到足以导致成功爆炸有多种可行的模型。探测到恒星核心坍缩后最初几秒钟内发出的引力波信号,将为这一过程提供独特而关键的见解。随着先进的LIGO和先进的处女座探测器预计将很快接近他们的设计灵敏度,我们可能会发现这个信号从我们的星系内的超新星。在这样的情况下,我们研究如何以及贝叶斯波算法可以恢复引力波信号从核心坍缩超新星模型在模拟先进的探测器噪声,并优化其准确重建信号波形的能力。我们发现,贝叶斯波可以自信地重建网络信噪比$\gtrsim 30$的超新星爆炸模型的范围内的信号,达到最大的重建精度$\sim 90\%$在SNR $\sim 100$。对于不能自信地恢复的低SNR信号,我们的优化工作导致重建精度提高到$20-40\%$,典型增益为$\sim 10\%$。
2022-03-16 astro-ph.HE gr-qc
Amplifying the Chirp: Using Deep Learning (U-Nets) to filter signal from noise in LIGO data
本文提出两种基于U-Net的深度学习方法(Noise2Clean和Noise2Noise),用于从LIGO噪声数据中滤除引力波信号,并验证了其在信号检测任务中的有效性。
2023-11-28 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Multifaceted Supercooling: From PTA to LIGO
Nanjing Normal University(南京师范大学);Scuola Superiore Meridionale, Università degli studi di Napoli “Federico II”(那不勒斯费德里科二世大学南方高等学院);INFN - Sezione di Napoli(意大利国家核物理研究所那不勒斯分部)
本研究探讨超冷却相变对引力波谱的影响,通过热膨胀机制重塑高频部分,扩展了LIGO排除的参数空间,并与PTA信号兼容。
2025-12-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational Rainbows: LIGO and Dark Energy at its Cutoff
最近直接探测到的中子星与光学对应物的合并已经被用来严重限制暗能量的模型,通常预测的引力波的速度修改。我们指出,在LIGO观测到的能量尺度,以及中子星事件的特定频率,非常接近与许多暗能量模型相关的强耦合尺度或截止。虽然在这些模型中,在非常低的能量下,人们确实期望引力波以不同于光速的速度传播,但当人们达到接近截止的能量尺度时,情况就不一定如此了。我们明确地表明,这是如何发生在一个简单的模型与已知的部分UV完成。在Horndeski的上下文中,我们展示了自然位于截止尺度的算子如何影响引力波的传播速度,并使其在这些尺度上恢复统一。我们将讨论包括LISA和PTA在内的进一步任务如何在测试此类模型中发挥重要作用。
2018-12-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Big Bang nucleosynthesis, matter-antimatter regions, extra relativistic species, and relic gravitational waves
假设在大爆炸核合成(BBN)开始时存在物质-反物质域,与不存在物质-反物质域的标准场景相比,允许的额外相对论性物种的数量增加。额外的相对论性粒子可能以无质量费米子甚至无质量玻色子的形式出现,就像残余引力子一样。在这个框架中,与BBN兼容的额外自由度的数量取决于域和反物质分数的典型尺度。由于物质-反物质域的存在使得在4 He形成之前中子与质子的比率降低,因此允许大量的辐射状能量密度。我们的研究结果进行了比较与其他限制的补充相对论自由度的数量,并与不同的非标准BBN的情况下,通过不同的物理机制发生的中子质子比的减少。概述了我们对宇宙学起源的随机引力波背景上限的考虑的意义。
2002-06-14 astro-ph gr-qc hep-ph
Early warning of coalescing neutron-star and neutron-star-black-hole binaries from nonstationary noise background using neural networks
多信使天文学的成功依赖于像LIGO和Virgo这样的引力波天文台,以提供涉及中子星(包括中子星双星和中子星黑洞)的合并事件的及时警告,这进一步取决于LIGO的低频灵敏度,因为典型的双中子星会在这个波段停留几分钟。然而,目前LIGO的亚60 Hz灵敏度尚未达到其设计目标,并且多余的噪声可以在20 Hz以下超过一个数量级。它受到来自辅助控制回路的非线性耦合噪声的限制,这些噪声也是非平稳的,这对现实的预警管道提出了挑战。然而,基于机器学习的神经网络提供了同时提高低频灵敏度和减轻其非平稳性的方法,并以非常短的计算时间检测实时引力波信号。我们建议通过将主要的引力波读数和关键的辅助证人输入到复合神经网络来实现这一点。使用模拟数据与代表真正的LIGO探测器的特性,我们的机器学习为基础的神经网络可以减少非线性耦合噪声约5倍,并允许一个典型的双中子星(中子星-黑洞)被检测到合并前100秒(10秒)在40 Mpc(160 Mpc)的距离。如果能进一步将噪声降低到基本极限,我们的神经网络可以分别实现对双星中子星和中子星黑洞的80 Mpc和240 Mpc距离的探测。因此,它表明,利用基于机器学习的神经网络是一个很有前途的方向,及时检测的电磁明亮的LIGO/Virgo源的合并。
2021-04-19 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Could the stochastic gravitational wave background from newborn magnetars be detected by the advanced LIGO and Einstein Telescope?
本研究基于三种磁星形成机制探究新生磁星的随机引力波背景,发现其信噪比过低,无法被先进LIGO和爱因斯坦望远镜探测到。
2025-11-11 astro-ph.HE gr-qc
Constraining the abundance of primordial black holes with gravitational lensing of gravitational waves at LIGO frequencies
受到引力透镜作用的双黑洞发出的引力波会被视线上的小微透镜扭曲。具有几十个太阳质量的质量并且接近透镜平面中的临界曲线的微透镜可以引入几毫秒的时间延迟。这样的时间延迟将导致引力波中独特的干涉图案,可以用目前的实验(如LIGO/Virgo)测量。我们认为,作为微透镜的原始黑洞与5和50太阳质量之间的质量的特殊情况。我们研究了构成暗物质的一部分的原始黑洞的人口的影响,并包含在一个宏观透镜(星系或集群),在引力波,被透镜的宏观透镜加微透镜的组合效应。我们发现,在所观察到的GW事件的典型放大率,在紧凑的微透镜,如原始黑洞的形式,暗物质的分数,可以被限制到百分之一的水平。类似地,如果一小部分暗物质以几十个太阳质量的微透镜的形式存在,在足够大的放大倍数下,所有的引力波都将显示出干涉效应。这些效应可能会对推断的参数产生影响。该效应对于具有负奇偶性的宏图像更重要,其通常在具有正奇偶性的宏图像之后到达。
2019-11-13 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Searching for electromagnetic counterpart of LIGO gravitational waves in the Fermi GBM data with ADWO
费米合作确定了2015年9月14日引力波事件的可能电磁对应物。我们的目标是提供一个无监督的数据分析算法,以确定类似的事件在费米的伽马射线暴监测CTTE数据流。我们正在寻找典型的微弱信号。因此,它们只能通过同时仔细分析所有探测器和能量通道的计数率来发现。我们的自动检测器权重优化(ADWO)方法包括对信号的搜索和对其重要性的测试。我们开发了ADWO,多通道多探测器信号的虚拟探测器分析工具,并成功地搜索了数据流中的短瞬变。我们已经确定了GRB 150522 B,以及可能的电磁候选人的瞬态GW 150914和LVT 151012。ADWO是一种独立开发的、无监督的数据分析工具,仅依赖于费米卫星的原始数据。因此,它可以提供一个强大的,独立的测试,任何电磁信号伴随着未来的引力波观测。
2016-08-24 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Searches for continuous gravitational wave signals and stochastic backgrounds in LIGO and Virgo data
我们目前的结果,从最近的LIGO和处女座的数据连续引力波信号(CW)的旋转中子星和随机引力波背景(SGWB)的搜索。演讲的第一部分是专门讨论CW分析,重点是两种类型的搜索。在已知中子星的有针对性的搜索中,使用恒星参数的精确知识来应用最优滤波方法。在没有信号检测的情况下,在少数情况下,可以设置应变幅度的上限,该上限超过了将自旋下降能量损失归因于引力波发射而得出的自旋下降极限。相比之下,盲全天搜索并不针对特定的源,而是尽可能地探索参数空间的大部分。完全相干的方法不能用于这类搜索,这带来了非平凡的计算挑战。演讲的第二部分重点是SGWB搜索。一个随机的引力波背景是由许多宇宙学或天体物理学起源的非相干源叠加而产生的。鉴于这种信号的随机性,不可能使用单个检测器将其与噪声区分开。典型的数据分析策略依赖于将来自一对或几对检测器的数据互相关,这允许将搜索的信号与仪器噪声区分开。还讨论了这两种源的下一代干涉仪的预期灵敏度和探测前景。
2012-01-16 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Improved gravitational radiation time-scales: significance for LISA and LIGO-Virgo sources
本文对Peters(1964)提出的引力波(GW)引起的两点质量衰变的时间尺度作了修正。新的公式包括一阶后牛顿扰动的影响,并提供了一个简单的适合占牛顿自洽演化的偏心率。通过将Peters的估计乘以两个因子$R(e_0)= 8^{1-\sqrt{1-e_0}}$和$Q_{\rm f}(p_0) = \exp \left(2.5 (r_{\rm S}/p_0) \right)$,可以得到修正的时标,其中$e_0$和$p_0$分别是初始偏心率和近心点,而$r_{\rm S}$是系统的史瓦西半径。它们的使用可以纠正因使用原始彼得斯公式而产生的1-10倍的误差。我们适用于现有的地基激光干涉仪和未来的激光干涉仪空间天线(LISA)的一组典型的源,在其GW驱动衰减的发病时间尺度。我们认为,我们更准确的轨道演化模型将影响当前的事件和检测率估计合并的紧凑型物体二进制文件,偏心LISA源,如极端和中间质量比inspirals更强的偏差。我们提出的修正因子$R$和$Q_{\rm f}$作为一个简单的处方,以量化衰减时间尺度更准确地在未来的人口合成模型。我们还建议,校正的时间尺度可以被用来作为一个计算效率高的替代数值积分在其他应用中,包括偏心源的辐射反应的建模。
2020-05-07 astro-ph.GA gr-qc
Evidence for lensing of gravitational waves from LIGO-Virgo
最近,LIGO-Virgo协作组(LVC)得出结论,在O3运行的前半部分没有透镜引力波(GW)的证据,声称“我们发现不太可能观察到透镜事件,$μ>2$的分数率为$3.3\times 10^{-4}$“。虽然我们同意个别GW事件在$μ>2$被透镜化的机会小于$10^{-3}$,但观测到的事件数量取决于这个小概率乘以高红移合并率的乘积。来自随机GW背景的观测限制表明,在红移范围1<z< 2内,常规质量BBH合并(8 < M(M $_{\odot}$)< 15)的速率可能高达每年O($10^7$)次事件,足以补偿透镜效应固有的低概率。为了达到低价值量触发阈值,这些事件需要高放大率,但每年仍会产生多达10至30个低价值量可观察事件。因此,所有LVC观察到的普通恒星质量BBH合并从这个时代必须强透镜。通过在高红移时采用低速率,LVC假设透镜事件不可能发生,因此错误地将它们分配到更近的距离和更高的质量(通常是2到5)。在透镜类星体中,LVC所采用的时间延迟先验与观测到的时间延迟的分布是矛盾的。像GW 190421-GW 190910和GW 190424-GW 190910这样的事件对,被LVC直接分配为零的概率,应该被认为是强透镜GW对的主要候选者,因为它们在时间上的分离与透镜类星体中的时间延迟的观测一致。对LVC错误的贝叶斯先验、1<z<2时常规质量BBH的最大合并率和引力透镜时滞模型进行了…
2021-11-02 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational Wave Astronomy: in Anticipation of First Sources to be Detected
第一代引力波长基线激光干涉测量探测器将于2001-2003年开始收集数据。我们仔细分析了它们的计划性能,并将其与天体物理源的预期强度进行了比较。在我们的分析中考虑到了各种引力波信号的预期发现的科学重要性和理论预测的可靠性。我们试图在评估源的理论不确定性及其探测前景时保持保守。在考虑了许多可能的来源之后,我们把重点放在(1)由恒星质量黑洞组成的螺旋双星和(2)遗迹引力波上。我们得出的结论是,吸入双黑洞很可能是第一个检测到的初始地基干涉仪。我们估计,最初的干涉仪将看到2-3事件,每年从黑洞双星的组件质量为10- 15 M_ \odot,信噪比约为2-3,在每个网络的探测器组成的GEO,VIRGO和两个LIGO。看来其他可能的来源,包括合并的中子星,不太可能被最初的仪器探测到。我们还认为,在信噪比约为3的情况下,空间干涉仪在2 × 10 ^{-3}-10 ^{-2} Hz的频率范围内可能发现残余引力波。
2001-02-27 astro-ph gr-qc hep-ph
lensingGW: a Python package for lensing of gravitational waves
先进的LIGO和先进的Virgo可以在未来几年内观察到第一个透镜引力波,而未来的爱因斯坦望远镜可以观察到数百个透镜事件。地基引力波探测器可以分辨出观测频率倒数数量级的到达时间差。由于LIGO/Virgo的频带跨度从几个$\rm Hz$到几个$ \rm kHz$,因此当前干涉仪的典型时间分辨率为毫秒级。当微透镜嵌入星系或星系团中时,透镜效应会变得更加突出,并导致在LIGO/Virgo频率下可观察到的时间延迟。因此,引力波可以提供一个令人兴奋的替代探针的微透镜。然而,目前,在引力波透镜的背景下,只有少数透镜配置已经制定出来。在本文中,我们提出了lensingGW,一个Python包,旨在处理强和微透镜的紧凑的二进制和相关的引力波信号。这种协同作用铺平了道路,系统的参数空间调查和检测任意的镜头配置和紧凑的来源。我们展示了lensingGW的工作机制及其用于研究嵌入在星系中的微透镜。
2020-06-23 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
High-Energy Physics with Gravitational-Wave Experiments
我们讨论了引力波(GW)的物理实验在非常高的能量可能的相关性。我们研究是否,从各种特定的遗物GW背景的计算所获得的经验,我们可以提取语句和数量级估计,尽可能多的模型独立的,我们试图区分一般的结论和结果与特定的宇宙学机制。我们研究了Virgo/LIGO实验在$T\sim 10^{7}-10^{10}$ GeV(或时间尺度$t\sim 10^{-20}-10^{-26}$ sec)的温度下探测宇宙的说法,并考虑了它们实际上可以在更高的能量尺度上探测宇宙的可能性,包括大统一、弦论和量子引力的典型尺度。我们考虑可能的情景,这取决于如何实施通货膨胀范式。我们讨论了目前和计划中的实验检测的前景。特别是,第二个室女座干涉仪与计划中的一个相关,位于几十公里内的第一个,可以达到一个有趣的灵敏度随机GWs的宇宙起源。
1998-03-07 astro-ph gr-qc hep-ph
Gravitational-wave astronomy with a physical calibration model
我们进行天体物理推断紧凑的二元合并事件在LIGO-Virgo的第一个引力波瞬变目录(GWTC-1)使用物理动机的校准模型。我们证明,重要性抽样可以用来降低成本,否则将是一个计算上具有挑战性的分析。我们表明,包括校准误差分布的物理估计对GWTC-1事件的参数推断的影响可以忽略不计。研究了匹配滤波器信噪比$\text{SNR}=200$的模拟信号,我们预计GWTC-1典型的校准误差估计对于当前一代的引力波探测器可能是可以忽略不计的。我们认为,其他来源的系统误差--从波形,先验分布,噪声建模-可能是更重要的。最后,使用GWTC-1中的事件作为标准警报器,我们推断出LIGO干涉仪校准误差估计的天体物理学改进。
2020-09-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc