Overlap reduction functions for pulsar timing arrays and astrometry
提出一种高效计算引力波在脉冲星计时和遥远源角偏转中引起的角两点相关函数的技术，涵盖自旋2和自旋1模式，并提供实现代码。
2024-09-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Parkes Pulsar Timing Array Project: Second data release
我们描述了来自帕克斯脉冲星定时阵列（PPTA）的14年的公共数据，PPTA是一个正在进行的项目，该项目使用64米帕克斯射电望远镜在三个观测波段以大约三周的节奏对26毫秒脉冲星的脉冲到达时间进行精确测量。全面介绍了自2004年以来望远镜使用的脉冲星观测系统，包括校准方法和系统组件稳定性分析。我们试图提供完整的会计从原始测量斯托克斯参数的脉冲到达时间的减少，以帮助第三方再现我们的结果。这种转换被封装在一个处理管道中，该管道被设计用于跟踪出处。我们的数据产品包括每个脉冲星的脉冲到达时间，以及一组初始脉冲星参数和噪声模型。还提供校准脉冲曲线和定时模板曲线。这些数据代表了跨越14年的近21，000小时的记录数据。在考虑了引起时间相关噪声的过程之后，其中22个天线在至少一个无线电频带中具有< 1 $μ$ s的加权均方根定时残差。这些数据应该允许最终用户快速进行自己的引力波分析（例如），而不必理解脉冲星偏振校准的复杂性，也不必掌握分析原始数据文件时所需的射频干扰缓解。
2020-03-22 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Dynamics of extended bodies with spin-induced quadrupole in Kerr spacetime: generic orbits
利用Mathisson-Papapetrou-Dixon方程讨论了Kerr时空中扩展体的运动。我们首先求解了圆轨道的条件，并计算了质量四极子引起的轨道频移。结果表明，对于空间引力波探测器，在极端质量比的螺旋线中不需要考虑自旋诱导四极子。定量地研究了四极子与背景引力场耦合作用下扩展体自转速度随时间的变化。对于一般的轨道，我们数值积分Mathisson-Papapetrou-Dixon方程的演变的扩展体轨道克尔黑洞的运动。通过与经典偶极子近似的比较，揭示了扩展体四极矩对极端质量比系统的轨道运动和混沌动力学的影响。对于具有物理自旋和自旋诱导四极子的扩展体，我们没有发现任何混沌轨道。对引力波探测和脉冲星计时观测的可能影响进行了概述。
2016-11-23 gr-qc
Test of Weak Equivalence Principle with the multi-band timing of the Crab Pulsar
弱等效原理（weak equivalent principle，WEP）可以通过参数化的后牛顿参数$γ$来检验，该参数表示单位静止质量产生的空间曲率。参数$γ$又通过比较源自遥远瞬变事件的光子的到达时间来约束，例如伽马射线爆发、快速无线电爆发以及巨脉冲星。这些测量通常对应于具有非常有限的能量带和信噪比（S/N）的单个突发事件。在这封信中，蟹状星云脉冲星的脉冲到达时间在不同的能量带之间的差异是由相应的脉冲轮廓之间的相位差得到的。这使我们能够分别比较无线电和光学，无线电和X射线，无线电和伽马射线之间最大能带差异的脉冲到达时间。由于脉冲轮廓是通过对数千个单独脉冲进行相位折叠而生成的，因此两个能带之间的时间差异实际上是从每个能带处的数千个事件中测量的，这对应于高得多的S/N。由这种广泛观察和良好建模的源设置的$γ$差异的上限如下：能量差为$E_{γ-ray}/E_{radio}\sim10^{13}$的$γ_{radio}-γ_{γ-ray}<3.28\times10^{-9}$，能量差为$E_{X-ray}/E_{radio}\sim10^{9}$的$γ_{radio}-γ_{X-ray}<4.01\times10^{-9}$，能量差为$E_{optical}/E_{radio}\sim10^{5}$的$γ_{radio}-γ_{optical}<2.63\times10^{-9}$，以…
2017-02-17 astro-ph.HE gr-qc
Estimating the sensitivity of pulsar timing arrays
针对单色波和随机背景两种源，计算了正则脉冲星定时阵列的灵敏度曲线。这些计算是在贝叶斯和频率框架，使用分析和数值方法。这些计算用于澄清灵敏度曲线的解释，并说明有时被忽视的事实，即灵敏度曲线不仅取决于脉冲到达时间数据集的属性，而且还取决于所观察到的源的属性。贝叶斯和频率框架被发现，给出一致的结果，分析和数值计算也被发现是在良好的协议。
2015-03-12 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Towards an exact approach to pulsar timing
针对后牛顿近似计算脉冲星传播延迟在黑洞伴星系统中精度不足的问题，通过数值算法发现完整广义相对论延迟仅取决于轨道半长轴和黑洞质量，指出需用更精确方法适配未来大望远镜观测需求。
2024-12-13 astro-ph.HE gr-qc
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
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
Harmonic analysis for pulsar timing arrays
本研究将调和分析用于脉冲星计时阵列的模拟数据，测量各向同性随机引力波背景的角功率谱，检验了脉冲星数量和观测时长对分析的影响，给出相关标度律，并评估了其探测广义相对论偏差的潜力。
2024-09-17 astro-ph.GA gr-qc
Detectability of gravitational effects of supernova neutrino emission through pulsar timing
核心坍缩的超新星在10秒的时间内释放出3 × 10^53尔格的高能中微子，因此它们的质量减少了大约0.2个太阳质量。如果爆炸是近似球对称的，则几乎不会有引力波发射。然而，前身星质量的突然减小可能会导致附近脉冲星信号的引力时间延迟发生变化。我们计算了连续脉冲在不同时间通过中微子壳层时到达时间的变化，发现这种效应在理想情况下是可以检测到的。
2013-05-17 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Pulsar Timing Sensitivity to Very-Low-Frequency Gravitational Waves
在纳赫兹频率下，引力波（GW）会引起脉冲星信号到达时间的变化，而脉冲星信号的到达时间可以通过精确的定时观测来测量。在这里，我们计算甚低频GW的灵敏度约束的仪器，传播和其他噪音从根本上限制脉冲星定时观测。达到预期的GW信号强度将需要估计和消除由典型的星际等离子体湍流引起的到达时间波动的$\simeq$ 99%，并将白均方根定时噪声减少到$\sim$ 100纳秒或更少。单脉冲星信噪比（SNR）= 1的灵敏度则受到$h_{rms} \sim$ 2 $\times 10^{-16}$的最佳现行地面时间标准的限制[f/（1周期/年）] $^{-1/2}$，用于$f < 3 \times 10^{-8}$ Hz，其中f是傅立叶频率，假设带宽为1周期/（10年）。这个灵敏度包络可能是乐观的，因为它假设可以忽略不计的内在脉冲星旋转噪声，从时间标准到天文台的完美时间传递，以及稳定的脉冲轮廓。尽管如此，它可以与预测的信号水平的宽带天体物理GW背景的超大质量黑洞二进制。这种背景仅在低于约1周/（10年）的频率下可与计时噪声相比，这表明可靠的探测将需要通过脉冲星阵列信号处理大大提高信噪比。
2011-01-19 astro-ph.IM gr-qc
Pulsar timing in the Galactic Center
CENTRA, Departamento de Física, Instituto Superior Técnico – IST Universidade de Lisboa – UL（里斯本大学高级技术学院物理系中心）；Departamento de Física Fundamental, Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学基础物理系）；Insituto Universitario de Física Fundamental y Matemáticas (IUFFyM), Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学基础物理与数学大学研究所）
提出一种将光子传播时间的相对论计算纳入脉冲星计时模型的新方法，并证明在强场构型中，仅使用最低阶后牛顿近似会导致显著误差，同时展示参数误估对残差的影响。
2026-05-26 gr-qc
Pulsar timing noise and the minimum observation time to detect gravitational waves with pulsar timing arrays
脉冲星定时阵列对引力波的灵敏度在某种程度上受到定时噪声的限制。红色定时噪声--脉冲到达时间的随机漂移，具有红色光谱--在慢旋转的双星中普遍存在，并且已经在许多毫秒双星中被识别出来。定时噪声（例如来自超流体湍流）的现象学模型表明，定时噪声频谱在某个临界频率$f_c$以下趋于平稳，这可能有助于寻找引力波。我们通过计算最小观测时间，$T_{\rm min}(f_c)$，研究了这种影响的个别恒星，超过该引力波信号变得大于定时噪声高原。我们以两种方式做到这一点：1）以模型无关的方式; 2）以时间噪声的超流湍流模型为例说明如何约束中子星参数。我们表明，超流湍流模型可以再现数据定性从一些观测到的Parkes脉冲星定时阵列的一部分的脉冲星。我们进一步展示了如何$f_c$的值，无论是通过观察或理论，可以与$T_{\rm min}$。这提供了一个诊断，从而可以量化的有用的定时阵列探测器的引力波探测。
2015-03-11 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Signature of polarized ultralight vector dark matter in pulsar timing arrays
Kyoto University（京都大学）；Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）
极轻矢量暗物质通过其极化特性在脉冲星计时阵列中产生独特方向依赖性的计时残差，其四极子性质使Hellings-Downs曲线更明显，为区分暗物质与引力波提供了新的观测手段。
2025-12-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Relativistic binary-disc dynamics and the timing of OJ-287's flares
本文从第一性原理重建OJ-287进动黑洞双星模型，引入相对论盘引力矩、模型无关盘结构假设和蒙特卡洛马尔可夫链参数反演，成功以40小时精度预测2019年耀发并直接测量盘质量与四极矩，同时修正了第26次耀发的时间预期。
2023-09-25 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Proper Time Shifts in Pulsar Timing Arrays
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文为脉冲星计时阵列建立了规范不变的本征时间偏移框架，将其分解为多普勒、夏皮罗和爱因斯坦延迟，并提供计算残差的通用方法，可直接用于搜索新物理。
2026-09-24 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Nano-Hertz Gravitational Waves Searches with Interferometric Pulsar Timing Experiments
我们估计的灵敏度，纳赫兹引力波的脉冲星定时实验中，两个高度稳定的毫秒级的脉冲星被同时跟踪与两个相邻的射电望远镜，参考相同的时间保持子系统（即“时钟”）。通过取两个到达时间残差数据流的差值，我们可以精确地消除合并数据集中的时钟噪声，从而提高对引力波的灵敏度。我们估计，在（$10^{-9} - 10^{-8}$）Hz波段，这种“干涉”脉冲星计时技术可以潜在地提高对引力辐射的灵敏度，比单望远镜的灵敏度提高近两个数量级。干涉脉冲星计时实验可以用即将到来的大型阵列项目的相邻天线对进行。
2011-01-20 astro-ph.IM gr-qc
Implications of pulsar timing arrays for Gauss-Bonnet Inflation
本研究探讨脉冲星计时阵列观测对高斯-邦尼特暴胀模型的启示，验证其与现有数据的一致性，推导暴胀子势与耦合函数条件，并给出具体模型验证机制可行性。
2025-08-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Pulsar timing array observations of gravitational wave source timing parallax
脉冲星定时阵列通过观测波对脉冲到达地球时间的微小相关影响来探测引力波。传统上已经假设引力波相锋在阵列上是平面的来评估该效应，该假设仅对距离为$R\gg2πL^2/λ$的源有效，其中$L$是阵列的物理范围，而$λ$是辐射波长。在脉冲星定时阵列（PTA）的情况下，阵列大小是脉冲星-地球距离（kpc）的数量级，而$λ$是pc的数量级。相应地，对于比$\sim100$ ~Mpc更近的点引力波源，PTA响应对脉冲星-地球基线上的源视差敏感。在这里，我们评估的PTA响应引力波点源，包括重要的波前曲率的影响。考虑到波前曲率的相对振幅和相位的定时残差与收集的卫星允许我们测量的距离，和天空的位置，源。
2010-08-02 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational Wave Burst Source Direction Estimation using Time and Amplitude Information
在这篇文章中，我们研究了两个问题时出现的时间和振幅估计从网络的干涉仪（IFO）来评估的入射引力波爆发（GWB）的方向。首先，我们讨论的角度偏差的最小二乘定时为基础的方法，变得越来越相关的中到低的信噪比。我们展示了如何估计到达时间的不确定性，在每个检测器可以用来纠正这种偏见。我们还介绍了一个独立的参数估计算法，可以提高到达时间的估计，并提供根和平方应变幅度（hrss）值为每个站点。在本文的第二部分中，我们讨论了如何解决的方向性模糊，所产生的观察在三个非共位干涉仪之间的真实源位置和它的镜像在平面上包含的检测器。我们引入了一个新的，确切的关系hrss值在三个站点，对于足够大的信号幅度，确定真正的源方向，无论信号是否是线性极化。估计到达时间、到达时间不确定性和hrss值的算法和方向跟踪都可以应用于在三个非共址干涉仪网络中观测到的任何一组引力波候选者。作为一个案例研究，我们测试嵌入在模拟的噪声的LIGO和处女座探测器在设计灵敏度的模拟波形的方法。
2008-10-13 gr-qc
Mapping gravitational-wave backgrounds in modified theories of gravity using pulsar timing arrays
我们扩展了我们以前的工作应用CMB技术的引力波背景的映射，具有非GR偏振的背景。我们的分析和结果是在脉冲星定时阵列观测的背景下提出的，但是总体方法是通用的，并且可以很容易地应用于LIGO或eLISA观测，使用适当修改的响应函数。解析表达式的脉冲星定时响应引力波与非GR偏振的背景，允许信号被映射到整个天空中的任何所需的分辨率的自旋加权球谐分解的每一个模式。我们还推导出各种非GR偏振的脉冲星定时重叠减少函数，找到标量横向（“呼吸”）和矢量纵向偏振的各向异性背景的解析形式，和标量纵向背景的半解析形式。我们的研究结果表明，脉冲星定时观测将是完全不敏感的标量横模各向异性的极化振幅超越偶极，和各向异性的功率超越四极。类似于我们以前的研究结果，脉冲星定时观测缺乏横向无痕张量背景的张量旋度模式的敏感性，我们也发现矢量纵向背景的矢量旋度模式不敏感。
2015-06-29 gr-qc
Unveiling the existence of nontensorial gravitational-wave polarizations from individual supermassive black hole binaries with pulsar timing arrays
本文提出利用零流方法，在脉冲星计时阵列探测单个超大质量黑洞双星连续引力波的场景下，估计识别非张量引力波极化的能力，并给出可探测的振幅阈值及贝叶斯参数估计框架。
2024-09-22 gr-qc
Effects of Pulsar Rotation on Timing Measurements of the Double Pulsar System J0737-3039
我们研究了脉冲星自转对双星计时的影响，特别强调了双脉冲星系统J 0737 -3039。脉冲星轨道运动引起的特殊相对论性像差改变了脉冲星辐射方向相对于自旋轴的经度和余纬度。前者引起脉冲质心的到达时间的偏移（这是常规的“径向”畸变延迟），后者导致轨道时间尺度上的脉冲轮廓的失真（收缩或扩张）。脉冲畸变的幅度与脉冲两端偏振位置角的变化成反比。对于脉冲星磁轴和自旋轴之间的小角度，如从偏振观测中推断的PSR J 0737 - 3039 A，脉冲失真是显著的（\sim 1%），并且相关的“纬向”像差延迟远大于纵向像差延迟。通过监测作为脉冲星轨道相位的函数的单独脉冲分量的到达时间，可以容易地用当前定时精度测量纬向像差延迟，从而约束系统的自旋几何。纬度延迟也可以通过监测系统在大地岁差时标上的轨道参数来检测。由于PSR J 0737 -3039系统的轨道方向接近边缘，脉冲星A的无线电波束在其上合点附近的广义相对论弯曲也引入了与像差延迟相似数量级的自旋相关时间延迟。此外，光弯曲将脉冲轮廓分成两个可变分量，对应于源的两个引力透镜图像。透镜效应的检测是具有挑战性的，但可能是可能的与现有技术。
2006-02-21 astro-ph gr-qc
Bayesian inference for pulsar timing models
毫秒双星极其规则的周期性射电辐射使它们成为研究中子星天体物理学、广义相对论和低频引力波的有用工具。这些研究要求观测到的脉冲到达时间符合复杂的时间模型，该模型描述了许多效应，如源的天体测量、脉冲星自旋的演变、双星伴星的存在以及脉冲通过星际介质的传播。在本文中，我们讨论了使用贝叶斯推断获得脉冲星定时解决方案的好处。这些好处包括验证线性化最小二乘模型拟合时，他们是正确的，和参数的不确定性的适当表征时，他们不是;纳入先验参数信息和相关噪声模型;和贝叶斯比较替代定时模型。我们描述了我们的计算设置，它结合了Tempo 2的定时模型与嵌套采样积分MultiNest。我们比较了使用贝叶斯推断和线性化最小二乘法生成的三个天线的时序解决方案：B1953+29，J2317+1439和J1640+2224，这表明了我们所讨论的各种好处。
2014-02-15 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
