The Probability Distribution of Astrophysical Gravitational-Wave Background Fluctuations
紧凑双星的合并预计将产生一个随机背景的引力波（GW）观测与未来的GW探测器。这样的背景通常由其作为频率的函数的功率谱来表征。在这里，我们提出了一种方法来计算全1点分布的应变波动。我们专注于时间序列数据，但我们的方法推广到频域。我们说明如何这个概率分布可以数值计算。此外，我们推导出精确的解析渐近表达式的大应变尾部，这表明它是由最近的源占主导地位。作为一个应用程序，我们计算的应变波动的分布所产生的天体物理GW背景的致密恒星在宇宙中的二进制合并，和所观察到的混乱的背景下，从信号减去明亮的，解决了源的分布。我们量化了它们偏离高斯分布的程度。我们的方法可能是有用的随机GW背景的频谱形状重建。
2020-08-11 astro-ph.CO gr-qc
Projection effects on the observed angular spectrum of the astrophysical stochastic gravitational wave background
随机引力波背景的探测和表征是引力波实验的主要目标之一。观测到的SGWB将是来自宇宙学（正如许多描述早期宇宙物理学的模型所预测的那样）和天体物理学起源的GWs的组合，这将来自未解析源的GWs的叠加，这些源的信号太微弱而无法被检测到。因此，重要的是要有一个适当的建模的天体物理SGWB（ASGWB），以解开这两个信号，而且，这将提供更多的信息致密物体的天体物理特性。应用宇宙规则的形式主义，我们计算所观察到的ASGWB角功率谱，因此使用规范不变量，占干预源和观察者之间的所有影响。这些就是所谓的投影效应，包括Kaiser效应、多普勒效应和引力势效应。我们的研究结果表明，这些投影效应是最重要的，在最大的尺度，它们有助于高达百分之几十的角功率谱振幅，与凯泽项是最大的在所有尺度。虽然这些结果的确切影响将取决于仪器和天体物理学的细节，但ASGWB的精确理论模型必须包括所有这些投影效应。
2022-08-01 astro-ph.CO gr-qc
Spectral separation of the stochastic gravitational-wave background for LISA: observing both cosmological and astrophysical backgrounds
为了用激光干涉仪观测随机引力波背景，宇宙学背景和天体物理背景的谱可分性是一个重要的估计问题。我们试图确定一个宇宙学背景的水平，可以观察到的预测天体物理背景水平。我们预测未来的LISA测量的SGWB的检测限。自适应马尔可夫链蒙特卡罗方法用于产生估计与模拟数据从LISA数据挑战（LDC）。我们还计算了Cramer-Rao下界的SGWB参数的不确定性的方差的基础上的逆Fisher信息使用的Whittle-Likestrant。使用3个LISA通道$A$、$E$和$T$进行参数估计。我们同时使用LISA噪声模型估计噪声。假设预期的天体物理背景，宇宙学背景能量密度约为$Ω_{GW,Cosmo} \approx 1 \times 10^{-12}$至$1 \times 10^{-13}$，可以通过LISA探测到。
2021-10-07 gr-qc
The Stochastic Siren: Astrophysical Gravitational-Wave Background Measurements of the Hubble Constant
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Illinois Center for Advanced Studies of the Universe, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校宇宙高级研究中心）；The University of Chicago（芝加哥大学）；Kavli Institute for Cosmological Physics, The University of Chicago（芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所）
利用双黑洞并合产生的随机引力波背景，首次测量哈勃常数并缓解哈勃张力问题。
2026-09-01 astro-ph.CO gr-qc
First predictions of the angular power spectrum of the astrophysical gravitational wave background
我们提出的第一个预测的角功率谱的天体物理引力波背景构成的辐射所发出的所有解决和未解决的天体物理源。它的形状和振幅取决于星系尺度上的天体物理性质和宇宙学性质。我们表明，角功率谱的行为作为$C_{\ell}\propto 1/{\ell}$在大尺度上和信号的相对波动是为了在100 Hz的30%。我们还给出了天体物理引力波背景与弱透镜和星系分布的相关性。这些数值结果为研究处于广义相对论、天体物理学和宇宙学交叉点的新观测量铺平了道路。
2018-05-18 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
The Dipole of the Astrophysical Gravitational-Wave Background
ΛCDM模型的主要支柱之一是宇宙学原理，它指出我们的宇宙在大尺度上是统计各向同性和均匀的。在这里，我们测试这一假设，使用天体物理引力波背景（AGWB）预计将测量的爱因斯坦望远镜宇宙探测器网络，特别是我们进行数值计算的AGWB偶极子，评估由于集群的内在贡献和观察者运动引起的运动学效应。我们应用一个组件分离技术在GW的上下文中解开运动偶极子，固有偶极子和散粒噪声（SN），在不同频率的AGWB的观察的基础上。我们展示了这种技术如何也可以在匹配滤波中实现，以最大限度地减少仪器噪声和SN的协方差。由于GW探测器基本上是全天空的，我们希望这个强大的工具可以帮助我们在未来测试宇宙的各向同性。
2022-12-05 astro-ph.CO gr-qc
Astrophysical and Cosmological Relevance of the High-Frequency Features in the Stochastic Gravitational-Wave Background
本文提出利用中子星并合产生的随机引力波背景在kHz频段的峰值作为可观测量，通过马尔可夫链蒙特卡洛方法约束双星系统的天体物理参数并重建宇宙膨胀历史。
2024-04-03 astro-ph.CO gr-qc
Measuring the primordial gravitational-wave background in the presence of astrophysical foregrounds
原始的引力波被期望创造一个随机的背景编码信息的早期宇宙，可能无法通过其他方式访问。然而，原始的背景是模糊的天体物理前景组成的引力波从紧凑的双星。我们展示了一个贝叶斯方法估计的原始背景中存在的天体物理前景。由于背景和前景信号参数是同时估计的，因此没有减法步骤，因此我们避免了原始测量的天体物理污染，有时被称为“残差”。此外，由于我们在模型中包含了天体物理前景的非高斯性，因此该方法代表了同时检测多分量随机背景的统计最佳方法。
2020-12-09 astro-ph.HE gr-qc
Shot noise in the astrophysical gravitational-wave background
通过对星系分布和致密双星合并事件率的有限采样，我们计算了天体物理学引力波背景各向异性引起的噪声。这种散粒噪声导致角功率谱$C_\ell$中的尺度不变偏置项，为此我们推导出一个简单的解析表达式。我们发现，这种偏见占主导地位的真实宇宙学的功率谱在任何合理的观测方案，只有很长的观测时间和大量的前景源的去除可以恢复的真实功率谱。
2020-01-27 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Improving the detection sensitivity to primordial stochastic gravitational waves with reduced astrophysical foregrounds. II. Subthreshold binary neutron stars
针对第三代引力波探测器中阈下双中子星前景限制原初SGWB探测的问题，提出利用可探测BNS群体和轨道倾角各向同性估计阈下前景能量密度，模拟显示可达百分比级精度。
2025-01-07 astro-ph.CO gr-qc
Precision cosmology with primordial GW backgrounds in presence of astrophysical foregrounds
本文研究天体物理引力波前景对原初背景精确宇宙学测量的干扰，提出形状已知、仅归一化不确定时的最优滤波减除方法，证明灵敏度仅在相近频率下降几倍。
2022-12-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Astrophysical Sources of Stochastic Gravitational-Wave Background
我们回顾了天体物理起源的随机背景的光谱特性，并讨论了它们的统计特性如何与原始贡献不同。我们表明，随机搜索与下一代的地面干涉仪可以把有趣的约束天体物理种群的物理性质，如椭圆率和磁场的磁星，或合并率的紧凑的双星。
2011-08-02 astro-ph gr-qc
Astrophysical motivation for directed searches for a stochastic gravitational wave background
我们预期邻近的宇宙会产生一个各向异性的随机引力波背景（SGWB）。不同的算法已经被开发和实现，以搜索各向同性和各向异性的SGWB。本文的目的是量化的优势，最佳的各向异性搜索，特别是比较点源与各向同性背景。星系团在地面激光干涉仪探测器网络中表现为点源。这些源的最佳搜索策略是“定向辐射计搜索”。我们发现，在室女星系团的毫秒双星创建的SGWB流量产生一个显着更强的信号比近各向同性的背景下未解决的同类来源。我们计算了它们在不同宇宙学下的应变功率谱和在红移上的布居数分布。我们的结论是，一个本地化的源，如室女星系团，可以解决从各向同性背景具有非常高的意义，使用定向搜索算法。对于附近的源占主导地位的背景，红移约为3，我们表明，定向搜索一个本地化的源可以有信噪比超过所有的天空综合各向同性搜索。
2014-04-30 astro-ph.CO gr-qc
Wheeler equation in Kerr background and astrophysical jet collimation
惠勒方程在克尔背景下有一个扩展。它有一个精确的解决方案，代表了运行谐波在龟坐标。这种波以一种新的方式模拟了天体物理学上的喷流，因为它沿着时空旋转的轴准直，当旋转加快时，这种准直会越来越紧密。该模型赞同以前的数值计算工作，建议内准直喷燃料的彭罗斯样的过程。它也赞同以前的理论工作作物单向运行波的精确解Heun的方程。
2022-07-17 gr-qc
Measuring the anisotropies in astrophysical and cosmological gravitational-wave backgrounds with Taiji and LISA networks
本文评估 Taiji 与 LISA 空间探测器网络对随机引力波背景各向异性角功率谱的测量能力，显示其精度最高可提升十四个数量级，并分析宇宙方差与运动学偶极矩探测前景。
2024-09-13 astro-ph.CO gr-qc
Spectral separation of the stochastic gravitational-wave background for LISA: galactic, cosmological and astrophysical backgrounds
在其观测波段，激光干涉仪空间天线（LISA）将同时观测不同来源的随机引力波背景（SGWB）信号;来自银河系白矮星双星的轨道调制波形，一个双星黑洞产生的背景，并可能是宇宙学产生的SGWB。我们模拟了银河系白矮星双星的引力波发射的朗伯\cite{Lamberts}分布的基础上，并确定了一个复杂的波形从银河系前景。利用LISA探测到的银河系调制信号，利用Fisher信息和马尔可夫链蒙特卡罗方法对不同信号源的LISA噪声和参数进行了估计，并提出了相应的数据分析策略。我们同时估计银河系前景，天体物理和宇宙学背景，并估计未来的LISA观测SGWB在光谱域的3个通道$ A $，$ E $和$ T $的探测限。在预期的天体物理背景和银河系前景的背景下，宇宙学背景能量密度约为$ Ω_{GW,Cosmo} \approx 8 \times 10^{-13} $可以检测到LISA与我们的光谱分离策略。
2021-05-17 gr-qc
Probing Primordial Stochastic Gravitational Wave Background with Multi-band Astrophysical Foreground Cleaning
原始随机引力波背景（SGWB）携带着早期宇宙物理学的第一手信息，可能包括暴胀效应、预热效应、宇宙弦效应、电弱对称破缺等。然而，致密双星的天体物理前景可能掩盖了SGWB，给探测和精确测量带来困难。在本文中，我们提出了一种前景清洗方法，利用引力波观测在其他频段。我们应用这种方法来探测与星载引力波探测器，如激光干涉仪空间天线（LISA）的SGWB。我们发现，来自致密双星（黑洞和中子星）的LISA波段天体物理前景的谱密度可以以10- 10级的精度预测，假设第三代GW探测器的10年观测，例如，宇宙探险家虽然这种多波段的方法不适用于二进制白矮星（BWD），通常合并之前，进入地面探测器的频带，我们限制我们的前景清理频率高于$\sim5$兆赫，所有银河系BWD可以单独解决LISA和形状的光谱密度的前景河外BWD可以重建和/或建模具有一定的不确定性。前景清理后，LISA对原始SGWB的灵敏度将大大提高，无论是两个LISA星座，其中SGWB可以通过互相关它们的输出测量或只有一个星座与三个航天器，其中SGWB可以通过对比信号通道和零通道的响应测量。
2020-10-14 astro-ph.CO gr-qc
Can we distinguish astrophysical from primordial black holes via the stochastic gravitational wave background?
区分天体物理学黑洞和原始黑洞的关键窗口之一是通过它们各自合并速率的红移演化。天体物理学起源的低红移黑洞人口预计将遵循恒星形成率。它们的合并率峰值的红移小于恒星形成率峰值（$z_p \approx 2$），这取决于黑洞形成和合并之间的时间延迟。原始起源的黑洞将在恒星形成之前就存在，并且这些源在高红移时的合并率将会很大。我们提出了一个联合估计的混合合并率从随机引力波背景，它可以使用合并率的宇宙历史来区分两个人口的黑洞。利用LIGO/Virgo第三次观测的随机引力波背景振幅的最新界，我们得到了$68\%$ C. L.对原始黑洞合并速率指数$2.56_{-1.76}^{+1.64}$和天体物理黑洞时间延迟$6.7_{-4.74}^{+4.22}$ Gyr.我们应该能够区分不同的黑洞群体与即将到来的O 5和A+探测器的灵敏度。
2021-07-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The power of SKA to Constrain cosmological gravitational-wave backgrounds below the astrophysical foreground noise
本研究提出利用宇宙学引力波触发暗物质致密子晕形成的机制，借助即将建成的SKA约束子晕丰度，从而在天体物理前景噪声下将纳赫兹/微赫兹频段的宇宙学引力波能谱约束到更低水平，收紧新物理模型参数空间。
2025-06-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Anisotropies in the astrophysical gravitational-wave background: Predictions for the detection of compact binaries by LIGO and Virgo
我们开发了一个详细的各向异性模型的天体物理引力波背景，包括两个恒星质量的黑洞，两个中子星，或每一个，预计将是最强的贡献在LIGO-Virgo频段的二进制合并。角谱的各向异性，量化的$C_\ell$组件，计算使用两种互补的方法：（i）一个简单的，封闭形式的解析表达式，和（ii）一个详细的数值研究，使用一个全天空模拟光锥星系目录的千年模拟。这两种方法在大角度尺度上非常一致，在较小尺度上相差一个阶数。这些各向异性的幅度要比宇宙微波背景的温度大得多，这证实了对这些各向异性进行建模是很重要的，并表明这是未来理论和观测工作的一个有希望的途径。
2018-09-10 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
A unified view of anisotropies in the astrophysical gravitational wave background
在文献中，已经提出了不同的方法来计算天体物理引力波背景的各向异性。虽然从我们的工作Cusin，Pitrou，Uzan，Phys.Rev.D96，103019（2017）[1]开始，但导出的不同表达式似乎有所不同。本文比较了迄今为止提出的各种理论表达式，并提供了一个单独的推导基于玻尔兹曼方法。本文证明了文献中的所有理论公式在适当的项匹配和分部积分条件下是等价的，并可归结为文献[1]中的理论公式。在宇宙学背景下，对各向异性的各种预测之间的差异只能在于对源的天体物理学建模，而不是在理论上，也不是在对大尺度结构的宇宙学描述中。最后，我们评论规范表达式的不变性。
2020-03-29 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Stochastic backgrounds of gravitational waves from extragalactic sources
天体物理源在恒星和星系形成开始以来发生的各种各样的过程中发射引力波。这些波渗透到我们的高红移宇宙中，并形成一个背景，这是不同成分叠加的结果，每个成分都与特定的天体物理过程有关。每种成分都有不同的光谱特性和特征，考虑到未来可能的检测，研究这些特性和特征很重要。在这篇文章中，我们将回顾最近的理论预测的背景所产生的河外源，并讨论其可探测性与当前和未来的引力波天文台。
2010-05-06 astro-ph.CO gr-qc
Detecting the anisotropic astrophysical gravitational wave background in the presence of shot noise through cross-correlations
引力波源的空间和时间离散性导致散粒噪声，在某些情况下，散粒噪声可能淹没测量引力波背景的各向异性的任何尝试。将引力波背景图与足够密集的星系巡天图进行交叉关联可以缓解这一问题，并可能恢复引力波背景的一些潜在性质。我们量化的散粒噪声水平，我们明确地表明，互相关的引力波背景和星系目录提高了第一次检测的背景各向异性的机会与引力波天文台在频率范围内（10 Hz，100 Hz），给予足够的灵敏度。
2020-02-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Stochastic gravitational-wave background as a tool to investigate multi-channel astrophysical and primordial black-hole mergers
合并的二元黑洞的形成可以通过多个天体物理通道发生，例如，孤立的二元进化和动力学形成，或者，有一个原始的起源。越来越大的双黑洞合并的引力波目录允许不同的理论预测之间的第一个模型选择研究，以限制他们的一些模型的不确定性和分支比。在这项工作中，我们将展示如何添加一个额外的和独立的约束模型选择使用随机引力波背景。与模型选择分析相比，模型选择分析的鉴别能力仅限于引力波探测器视界（目前LIGO-Virgo的红移为$z\lesssim 1$），随机引力波背景解释了宇宙中所有引力波信号的红移积分。作为一个工作的例子，我们认为分支比的结果，从模型选择研究，包括潜在的贡献，从天体物理和原始渠道。我们重新归一化的相对贡献，每个通道的检测事件率计算总的随机引力波背景能量密度。预测的振幅低于LIGO-Virgo目前对GWTC-2的观测上限，这表明模型选择分析的结果不受当前背景限制的影响。此外，给定一组人口模型和推断的分支比，我们发现，即使预测的背景不会被当前一代的引力波探测器探测到，它将被第三代探测器，如爱因斯坦望远镜和天基探测器，如LISA。
2021-12-21 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Frequency-Domain Distribution of Astrophysical Gravitational-Wave Backgrounds
针对离散天体物理源形成的随机引力波背景，本研究提出傅里叶空间方法计算其频域分布，推导相关分布特征并验证致密星并合信号的幂律拖尾，明确亮源扣除对噪声的高斯化效果，结论可推广至同类离散相干源引力波背景。
2024-04-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Ability of LISA to detect a gravitational-wave background of cosmological origin: the cosmic string case
我们研究了激光干涉仪空间天线（LISA）探测宇宙弦产生的随机引力波背景（GWB）的能力，并随后估计存在仪器噪声、致密双星的天体物理背景和白矮星双星的银河前景时的弦张力$Gμ$。Fisher信息和马尔可夫链蒙特卡罗方法提供了LISA噪声和不同信号源的参数的估计。我们证明了LISA的能力，同时估计银河系的前景，以及天体物理和宇宙弦产生的背景。考虑到预期的天体物理背景和银河系前景，LISA可以测量$G μ\approx 10^{-16}$到$Gμ\approx 10^{-15}$范围内或更大范围内的宇宙弦张力，其中银河系前景对这一极限的影响大于天体物理背景。本文提出的参数估计方法也适用于LISA观测波段的其他宇宙学背景。
2022-01-11 gr-qc
The Astrophysical Gravitational Wave Background in the mHz band is likely dominated by White Dwarf binaries
本研究更新了河外白矮星双星模型，发现其产生的引力波背景振幅比早期估计高约60%，并确认白矮星双星在mHz频段占主导地位。
2024-02-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Searching for cosmological gravitational-wave backgrounds with third-generation detectors in the presence of an astrophysical foreground
随机宇宙学引力波背景（CGWB）为研究早期宇宙现象和基础物理提供了直接的窗口。有了第三代地基引力波探测器，爱因斯坦望远镜（ET）和宇宙探测器（CE），我们也许能够探测到CGWB的证据。然而，挖掘出这些主要信号将是一个困难的探索，因为来自致密双星合并（CBC）的天体物理前景的主导地位将掩盖这个CGWB。在本文中，我们研究了减法噪声投影方法，使之有可能减少后的残差减去天体物理前景的CBCs，大大提高了我们的机会来检测宇宙学背景。我们进行了我们的分析的基础上模拟的ET和CE和使用后验抽样的参数估计的二元黑洞合并。我们证明了随机引力波搜索的灵敏度提高，并得出结论，这些搜索的最终灵敏度将不会受到残差减去估计BBH前景时留下的限制，但不能检测到的天体物理前景的分数，甚至与第三代仪器，或可能由其他信号不包括在我们的分析。我们还解决了以前的误解残留噪声的背景下，高斯参数估计。
2020-06-29 gr-qc
Anisotropy of the astrophysical gravitational wave background: analytic expression of the angular power spectrum and correlation with cosmological observations
未分辨和分辨的引力波源是随机引力波背景的起源。虽然在均匀和各向同性的宇宙中计算其平均密度作为频率的函数是标准的知识，但计算其各向异性需要理解从局部系统到星系尺度，然后到宇宙学的粗粒化。导出了适用于任何一般时空的引力波能量密度的表达式。然后，它被专门用于扰动的弗里德曼-勒梅特时空，以确定这种随机背景的角功率谱，以及它与其他宇宙学探测的相关性，如星系数计数和弱透镜。我们的角功率谱的结果也提供了一个表达式的方差的引力波的背景。
2018-07-18 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Anisotropies in the astrophysical gravitational-wave background: The impact of black hole distributions
我们使用人口推断探索的影响，在双黑洞（BBH）的分布的不确定性上的天体物理引力波背景（AGWB）。我们的研究结果表明，AGWB谱是敏感的BBH人口的性质（特别是当地的合并率），而各向异性的$C_\ell$频谱仅修改到百分之几，在一个水平，这是微不足道的相比，其他来源的不确定性（如宇宙方差）。这对AGWB未来的观测研究来说是非常有希望的消息，因为它表明：（i）在整个宇宙历史中，可以将ESTA用作紧凑物体种群的新探测器，补充LIGO和Virgo的直接观测;（ii）即使对黑洞种群只有非常近似的了解，我们也能够对$C_\ell$光谱做出令人惊讶的稳健预测。因此，AGWB各向异性具有巨大的潜力，可以作为宇宙大尺度结构的新探测器，以及一般的晚期宇宙学。
2019-03-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Simultaneous estimation of astrophysical and cosmological stochastic gravitational-wave backgrounds with terrestrial detectors
最近的Advanced LIGO和Advanced Virgo联合观测运行并没有声称检测到随机引力波背景，但人们预计随着探测器灵敏度的提高，这种情况会发生变化。声称一个真正的检测的挑战将立即成功的困难有关的信号的来源，有助于it.In本文中，我们认为背景，包括紧凑的二进制合并和额外的宇宙学来源，我们同时设置这些背景的上限。我们发现，先进的LIGO，先进的处女座网络，在设计灵敏度，将不允许分离的来源，我们认为。第三代探测器对大多数单个的紧凑双星合并敏感，可以通过减去单个源来减少天体物理信号，并可能揭示宇宙学背景。我们的贝叶斯分析表明，假设一个探测器网络包含宇宙探测器和爱因斯坦望远镜和合理水平的个人源扣除，我们可以检测到宇宙信号$Ω_{\rm{CS}} (25\,\rm{Hz})=4.5 \times 10^{-13}$宇宙弦，和$Ω_{\rm BPL}(25\,\rm{Hz})= 2.2 \times 10^{-13}$早期宇宙相变的破幂律模型。
2020-11-11 gr-qc
Astrophysical Configurations with Background Cosmology: Probing Dark Energy at Astrophysical Scales
我们探讨了正的宇宙学常数对多方状态方程描述的天体物理和宇宙学组态的影响。我们推导出这种配置的平衡和稳定性的条件，并考虑一些天体物理的例子，我们的分析可能是相关的。我们表明，在存在的宇宙学常数的等温球是不是一个可行的天体物理模型，因为在这个模型中的密度不渐近为零。宇宙学常数意味着，对于小于5的多方指数，中心密度必须超过真空密度的某个最小值，以保证有限尺寸物体的存在。我们研究这样的配置连同$Λ$在其他异国情调的可能性，如中微子和玻色子星的影响，我们比较我们的结果N体模拟。在这篇文章中发现的天体物理性质和结构是由于暗能量成分的存在而产生的特定特征。因此，如果在自然界中发现，它将是一个独立的宇宙学常数探测器，与其他观测互补。
2007-10-12 astro-ph gr-qc
Polarization of a stochastic gravitational wave background through diffusion by massive structures
传统上用于研究引力波在弯曲背景上传播的几何光学近似在紧凑和扩展的天体附近失效，在那里会发生像扩散和偏振产生这样的波动效应。我们提供了一个框架来研究在非均匀宇宙中传播的引力波的随机背景偏振的产生。该框架是通用的，可以适用于宇宙学和天体物理引力波背景在任何频率范围。我们推导出一个数量级的宇宙学和天体物理背景下产生的偏振量的估计，在目前和计划中的引力波实验所覆盖的频率范围。对于PTA和LISA波段中的天体物理背景，所产生的偏振量被相对于各向异性的因子$10^{-4}$ $(10^{-5})$抑制。对于宇宙学背景，我们得到了额外的$10^{-2}$抑制。我们推测使用我们的方法来映射宇宙中（不可分辨的）结构的分布。
2018-09-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
A Mock Data and Science Challenge for Detecting an Astrophysical Stochastic Gravitational-Wave Background with Advanced LIGO and Advanced Virgo
这次模拟数据和科学挑战的目的是为第二代引力波实验高级LIGO-Virgo寻找天体物理起源的随机引力波背景信号做好数据分析和科学解释的准备。在这里，我们提出了一系列的信号和数据的挑战，越来越复杂，其目的是测试当前的数据分析管道在检测天体物理产生的引力波背景，测试参数估计方法和解释结果的能力。我们介绍了这些模拟数据集，其中包括一个现实的观察场景数据集，我们占先进的探测器，因为他们不断升级到他们的设计灵敏度的不同灵敏度的生产。在用标准的各向同性互相关管道分析这些之后，我们发现，对于所有的数据集，我们能够将注入的引力波背景能量密度恢复到$2σ$内，并且呈现来自参数估计的结果。模拟数据和科学挑战的结果表明，先进的LIGO和Virgo将准备就绪，并能够在先进探测器运行的几年内探测天体物理引力波背景，因为紧凑的二元合并事件的速率足够高。
2015-06-22 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
The Gravitational Wave Background From Coalescing Compact Binaries: A New Method
引力波是时空中以光速传播的扰动。对这种现象的研究是有趣的，因为许多宇宙学过程和天体物理学物体，如双星系统，都是引力辐射的潜在来源，在不久的将来，下一代干涉测量探测器可以探测到它们的辐射。关于天体物理学对象，一个有趣的情况是，当有几个源以这样一种方式发射时，存在信号的叠加，导致跨越宽范围频率的平滑频谱，即所谓的随机背景。本文研究了致密双星（即由中子星和黑洞组成的双星系统）在合并阶段产生的随机背景。特别是，我们通过采用在我们以前的研究中开发的新方法来获得这样的背景。
2015-04-24 astro-ph.CO gr-qc
Searching for cosmological stochastic backgrounds by notching out resolvable compact binary foregrounds with next-generation gravitational-wave detectors
本文研究下一代地面引力波探测器中宇宙学随机背景的搜寻问题，提出在考虑参数估计不确定性条件下利用时频域陷波移除可分辨致密双星前景，发现该方法可将前景压低至约5%，并指出不可分辨前景才是主要限制。
2024-09-30 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Stochastic Gravitational-Wave Background due to Primordial Binary Black Hole Mergers
最近先进的LIGO探测到的二进制黑洞合并促使多项研究调查的可能性，重GW 150914二进制系统是原始的起源，因此可能是黑洞形式的暗物质的证据。我们计算的随机背景所产生的非相干叠加的这种原始的二元黑洞系统在宇宙中，并比较它类似的背景光谱，由于二元黑洞系统的恒星起源。我们研究了未来的引力波探测器探测这种背景的可能性，并讨论了使用随机引力波背景测量来约束黑洞形式的暗物质成分的可能性。
2016-08-24 astro-ph.CO gr-qc
Detection regimes of the cosmological gravitational wave background from astrophysical sources
引力波（GW）天文台，如LIGO和下一代干涉探测器，先进的LIGO，包括大质量恒星的核心坍缩和紧凑的恒星残骸合并的最后阶段的关键目标。来自整个宇宙中发生的这些事件的组合GW信号将产生天体物理GW背景（AGB），这与非常早期宇宙过程的GW背景有着根本的不同。人们可以根据各个源的GW排放强度、峰值排放频率、排放持续时间和事件率密度分布，对不同类别的源对AGB的贡献进行分类。本文概述了AGB在当前和计划中的引力波观测站的可探测性机制。我们发现，有两个重要的AGB信号检测制度，我们定义为“连续”和“爆米花噪声”。我们描述了如何“爆米花噪音”AGB制度的演变与观测时间，我们讨论了如何区分这一功能从非常早期的宇宙过程产生的GW背景。
2006-07-04 astro-ph gr-qc
Tracking the origin of black holes with the stochastic gravitational wave background popcorn signal
在宇宙学距离上的一对黑洞合并产生的引力波（GW）的未分辨源结合成一个随机背景。这样的背景处于连续或爆米花状态，这取决于GW速率是否足够高，使得两个或更多个事件在相同频带中重叠。这两种状态分别对应于所谓的{ \it占空比}的大值和小值。我们研究了原始黑洞模型中背景的探测机制，并将其与恒星起源的黑洞产生的背景进行了比较。专注于地面探测器，我们表明，PBH起源背景的占空比大于天体物理黑洞，因为它们的质量函数和合并率的差异。我们的研究开辟了可能性，了解原始或天体物理性质的黑洞人口的随机背景的统计特性进行检查。
2023-03-06 astro-ph.CO gr-qc
A weakly-parametric approach to stochastic background inference in LISA
本文提出一种受高斯随机过程启发的贝叶斯弱参数方法，通过离散探索超参数推断未知谱形SGWB，并在LISA极端质量比旋进前景场景中验证其可同时恢复信号与估计噪声。
2023-11-20 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
A Fog Over the Cosmological SGWB: Unresolved Massive Black Hole Binaries in the LISA Band
本文开发解析框架计算LISA频段内未分辨大质量黑洞双星产生的天体物理随机引力波背景，发现即使乐观扣除也会使宇宙学信号探测能力降低多个数量级，精确建模是实现LISA科学目标的前提。
2025-06-23 astro-ph.CO gr-qc
Parameter Estimation for Tests of General Relativity with the Astrophysical Stochastic Gravitational Wave Background
最近对来自双黑洞和中子星的引力波的观测使我们能够探测引力的强动力场区域。另一方面，来自许多单独的、未解析的源的集体信号导致所谓的随机背景。在这里，我们考虑探测重力与这样的背景下，从恒星质量的双黑洞合并。我们采用了一个简单的幂律谱，并进行了参数估计研究与网络的当前和未来的地面探测器，包括广义相对论和超越广义相对论变量。对于第二代探测器的网络，我们发现，如果引力波振幅以足够负的后牛顿阶进入，则可以对引力波振幅中的偏差参数设置有意义的界限。然而，这种来自随机背景的未来边界比来自单个源（例如GW 150914和GW 151226）的现有边界弱。我们还发现，系统误差，由于错误建模的频谱是远远小于统计误差，这证明了我们使用的幂律模型。关于第三代探测器的网络，我们发现，从统计误差的偏差参数的界限改善后的第二代的情况下，虽然系统误差现在占主导地位的错误预算，因此需要使用一个更现实的频谱模型。我们的结论是，在探测广义相对论中，单个源似乎比天体物理随机背景更强大。
2020-03-24 gr-qc
Time-dependence of the astrophysical stochastic gravitational wave background
天体物理随机引力波背景（SGWB）主要产生于未解决的恒星双星合并，在任何时刻的事件的数量预计是泊松分布。事件发生率由几个天体物理过程控制。泊松性质导致源的数量变化，这导致SGWB的时间变化。SGWB的内在时间波动是天体物理信息的丰富来源，可以通过正在进行的和未来的引力波实验进行探索，以分类SGWB信号的来源。连同估计来自各个源的GW事件率的若干其他方法，对SGWB信号的时间变化的研究提供了用于估计对SGWB有贡献的GW源的事件率的独立方法。随着事件率的直接估计，这种方法也可以区分不同的来源，有助于SGWB信号，将是一个有用的探测其演变在一个巨大的宇宙体积。在对观察时间进行平均时，SGWB在时间平移下将是统计不变的。SGWB的统计时间平移对称性是预期的，因为在收集数据的观测时间尺度上，相关的宇宙学和天体物理学现象的演化可以忽略不计。
2020-04-21 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Searching for modified gravity in the astrophysical gravitational wave background: Application to ground-based interferometers
我们研究如何传播的天体物理引力波背景（AGWB）修改宇宙体积时，考虑超越广义相对论的Horndeski引力类型的理论。我们首先推导出一个振幅校正的AGWB诱导的存在下，可能运行的普朗克质量。然后，我们应用光谱噪声密度从一些地基干涉仪，即先进的LIGO（aLIGO），爱因斯坦望远镜（ET）和宇宙探索（CE），评估的信噪比（SNR）作为普朗克质量运行的振幅的函数为两种不同的情况。我们发现，对于观察时间周期$\gtrsim$ 5年和$\gtrsim$ 1年，我们可以有一个显着的信号AGWB在频带[1-100] Hz的ET和CE的敏感性，分别。利用Fisher信息，我们找到了一些预测界限，并在1 $σ$置信水平下，分别推导出由ET和CE得到的普朗克质量移动幅度的$\lesssim$ 27%和$\lesssim$ 18%的修正.很明显，未来AGWB的探测可以打开一个新的窗口，以高精度探测重力的性质。
2020-07-14 gr-qc
Accurate pulsar timing array residual variances and correlation of the stochastic gravitational wave background
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））；Asia Pacific Center for Theoretical Physics（亚太理论物理中心）；Institute of Physics, Academia Sinica（中央研究院物理研究所）；Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica（中央研究院天文及天文物理研究所）
本文通过精确计算脉冲星定时残差的傅里叶域方差和相关性，验证了天体物理源对纳赫兹随机引力波背景的解释，揭示了传统模型的系统误差问题。
2025-09-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Stochastic Limit of Growing Gravitational Wave Memory from Sources in the Early Universe and Astrophysical Sources
University of Michigan（密歇根大学）
研究早期宇宙及天体物理源中生长型引力波记忆的随机极限，揭示其时间增长特性及在数据提取中的应用。
2026-03-02 astro-ph.CO gr-qc math.DG
Unraveling Cosmological Anisotropies within Stochastic Gravitational Wave Backgrounds
本研究针对探测器灵敏度有限及天体物理前景干扰的难题，通过Fisher分析结合两类SGWB模板，论证了多个即将开展的引力波实验可有效探测宇宙学随机引力波背景的各向异性。
2023-07-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Impact of the noise knowledge uncertainty for the science exploitation of cosmological and astrophysical stochastic gravitational wave background with LISA
本文研究了仪器噪声知识不确定性对LISA表征随机引力波背景的影响，发现允许噪声不确定性会使约束能力退化1至2个数量级，且要避免此退化需达到亚百分比的噪声精度，这在实践中难以实现。
2023-08-02 astro-ph.IM gr-qc
From Global to Local Dynamics: Effects of the Expansion on Astrophysical Structures
利用准平衡的概念，研究了背景宇宙学对非球对称大尺度结构的影响。准平衡允许物体的某些内部性质（如角速度）随时间变化。根据宇宙加速相的发现，我们用两个有代表性的模型来模拟宇宙学背景：$Λ$ CDM模型和Chaubergin气体模型。我们比较了这两种模型对大型天体的各种性质的影响。不同的状态方程也调用在调查中。
2007-04-17 gr-qc
Forecast Analysis of Astrophysical Stochastic Gravitational Wave Background beyond general relativity: A Case Study on Brans-Dicke Gravity
本研究针对Brans-Dicke引力下的天体物理随机引力波背景开展全面分析，通过第三代探测器模拟数据与贝叶斯分析，探究标量背景可探测性及约束引力理论的方法。
2025-06-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Implications of the binary coalescence events found in O1 and O2 for the stochastic background of gravitational events
先进的LIGO和先进的处女座探测器已经开始观测。观测到了双黑洞系统和双中子星系统合并产生的引力波。LIGO和Virgo的一个主要目标是探测或限制引力波的随机背景。一个随机背景的引力波预计将产生的叠加大量的未解决的宇宙学和/或天体物理学的来源。宇宙学产生的背景将携带宇宙演化最早时期的独特特征。类似地，天体物理学背景将提供产生它的天体物理学来源的信息。对致密双星合并产生的引力波的观测意味着，在未来几年里，高级LIGO和高级室女座可以观测到来自这些源的随机背景。LIGO和Virgo对随机背景的搜索应该探测许多天体物理学和宇宙学模型参数空间的有趣区域。本文概述了LIGO和Virgo对引力波随机背景的搜索策略，包括对广义相对论预测之外的引力波偏振的搜索。还讨论了如何全球电磁噪声（舒曼共振）可能会影响这种搜索，可能的战略，以监测和减去这种潜在的相关噪声源在全球探测器网络进行了解释。高级LIGO的观测运行O 1和O2的结果将被呈现，以及引力波探测的影响。将解释Advanced LIGO和Advanced Virgo的未来目标。
2019-08-29 gr-qc
Non-Stationary Astrophysical Stochastic Gravitational-Wave Background: A New Probe to the High Redshift Population of Binary Black Holes
本文提出利用非稳态随机引力波背景协方差矩阵中的频率间关联作为新探针，揭示双黑洞并合源的高红移族群信息，并证明在LVK探测中相比仅用功率谱能显著提升品质因数。
2023-10-31 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Cosmic string gravitational wave backgrounds at LISA: II. Reconstruction of conventional signals over astrophysical foregrounds
Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC-Universitat de València（粒子物理研究所（IFIC），西班牙瓦伦西亚大学）；Khon Kaen Particle Physics and Cosmology Theory Group (KKPaCT), Department of Physics, Faculty of Science, Khon Kaen University（孔敬大学理学院物理系）
研究在LISA频段多种天体物理前景下利用GWBackFinder重建宇宙弦信号，发现重建张力误差$\lesssim 10\%$时所需$G\mu$值比无前景或仅考虑部分前景时大得多，此为系列研究第二篇，旨在量化LISA测量宇宙弦模型的能力。
2026-08-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Improving the detection sensitivity to primordial stochastic gravitational waves with reduced astrophysical foregrounds
本文针对3G地基引力波探测器探测原初随机引力波背景时受致密双星并合前景污染的问题，提出一种减去近似信号应变并移除平均残余功率的新清理方法，使双黑洞和可探测双中子星前景残余能量密度大幅降低至探测器灵敏度极限以下，并指出亚阈值双中子星将成为下一步关键挑战。
2023-07-11 gr-qc
