Gravitational wave astronomy - astronomy of the 21st century
爱因斯坦广义相对论的一个神秘预言是引力波。在赫尔斯-泰勒双星脉冲星轨道上观测到的衰变与爱因斯坦理论计算的衰变在百分之零点几的范围内一致，引力波的存在被牢固地建立起来。目前，全世界都在努力用干涉引力波观测台或探测器来探测引力波，并且已经建造或正在建造几个这样的探测器。最初的探测器已达到其设计灵敏度，现在正在努力建造先进的探测器，预计将探测来自天体物理源的引力波。引力波天文学的时代已经到来。本文介绍了世界范围内的努力，其中包括在印度前线的努力-IndIGO项目-，在地面和空间的干涉探测器的基本原理，困扰这种探测器的主要噪声源，人们期望用这些探测器探测到的引力波的天体物理学来源，以及在提取非常微弱的引力波信号时所涉及的数据分析方法的一些一瞥探测器噪音。
2011-04-15 gr-qc
When models fail: an introduction to posterior predictive checks and model misspecification in gravitational-wave astronomy
贝叶斯推断是引力波天文学中的一个强有力的工具。它使我们能够推导出合并致密天体双星的性质，并确定这些合并是如何根据质量，自旋和红移作为一个人口分布。随着越来越多地使用贝叶斯推断得出关键结果，对贝叶斯方法的审查也越来越多。在这篇综述中，我们讨论了\textit{model misspecification}的现象，其中贝叶斯推断得到的结果是误导的，因为在假设的模型（S）的缺陷。这些缺陷会妨碍我们对描述物理系统的真实参数的推断。它们还可能降低我们区分“最佳拟合”模型的能力：如果两个模型都明显不能很好地描述现实，那么说模型A优于模型B可能会产生误导。一般来说，模型失败有两种方式：未能充分描述数据（信号或噪声）的模型具有错误的可能性。人口模型--例如，设计来描述黑洞质量分布的模型--可能由于错误指定的先验而无法充分描述真实的人口。我们建议使用受引力波天文学启发的例子进行测试和检查，这对发现错误指定的模型很有用。我们包括同伴python笔记本来说明基本概念。
2022-03-08 astro-ph.IM gr-qc
Matching matched filtering with deep networks in gravitational-wave astronomy
我们报告了一个深度卷积神经网络的构建，该网络可以再现对二元黑洞引力波信号进行匹配滤波搜索的灵敏度。用于检测良好建模的瞬态引力波信号的标准方法是匹配滤波。然而，随着引力波探测器的低频灵敏度的提高，这种低延迟搜索的计算成本将急剧增长。卷积神经网络为信号识别提供了一种计算效率很高的方法，其中在训练过程中，在获取数据之前执行大部分计算。我们只使用白化的时间序列测量的引力波应变作为输入，我们训练和测试模拟二进制黑洞信号的合成高斯噪声代表先进的LIGO灵敏度。我们表明，我们的网络可以将信号从噪声中分类出来，其性能可以模拟应用于相同数据集的匹配滤波，同时考虑接收者-操作者特征定义的灵敏度。
2017-12-19 astro-ph.IM gr-qc
Topical Collection-Hyperboloidal Foliations in the Era of Gravitational-Wave Astronomy: From Mathematical Relativity to Astrophysics
本文介绍了GRG关于引力波天文学时代双曲叶状结构的专题合集，涵盖黑洞微扰、渐近几何、初始数据及高精度数值方法等贡献，该合集源自2023年哥本哈根研讨会。
2025-09-13 gr-qc
The Challenges in Gravitational Wave Astronomy for Space-Based Detectors
引力波（GW）宇宙包含了丰富的来源，这些来源经过适当的处理，将以前所未有的方式打开宇宙。通过观测到高红移的大质量黑洞双星，我们应该开始探索种子黑洞的形成过程，并跟踪星系演化到今天。对极端质量比的观测将使我们能够探索本地宇宙中的星系中心，同时也提供了对广义相对论的检验，并限制了哈勃常数的值。在我们银河系中探测到致密双星可能使我们能够模拟银河系中的恒星演化。最后，宇宙（超）弦和随机背景的探测将有助于我们约束宇宙学模型。然而，所有这些不仅取决于我们解决源和进行参数估计的能力，而且还取决于我们定义最佳数据分析策略的能力。在这次演讲中，我将研究欧空局L3宇宙视觉任务eLISA在GW天文学方面面临的挑战。
2014-06-26 astro-ph.IM gr-qc
Gravitational wave astronomy with LIGO and similar detectors in the next decade
我们描述了引力波观测和天体物理学的计划，这些计划将由LIGO科学合作组织（LSC）在未来十年内使用来自美国LIGO天文台以及欧洲，日本和印度的姐妹设施的数据进行。我们提供了一个概述的引力波信号类型，我们的目标，和引力波在时域多信使天文学的作用。我们简要地总结了我们可以从探测到的信号的性质，包括天体物理事件率和人口，测试的引力波的性质，高动力学和强场测试的广义相对论，探测物质在极端条件下的中子星，并与引力波源进行宇宙学测量。
2019-04-05 gr-qc
Hardware-accelerated Inference for Real-Time Gravitational-Wave Astronomy
瞬变天文学领域已经经历了一场革命，第一次引力波探测和多信使观测的到来使它们成为可能。由于首次探测到双黑洞和双中子星并合，引力波天文学的计算需求预计将在未来五年内至少增长两倍，因为全球网络的更大规模的干涉仪将达到设计灵敏度。随着探测器灵敏度的提高，作为多信使后续行动的推动因素，实时提供引力波警报将变得越来越重要。在这项工作中，我们报告了一种用于实时引力波数据去噪和天体物理源识别的深度学习推理的新实现和部署。这是使用通用的推理即服务模型来实现的，该模型能够适应未来对引力波数据分析的需求。我们的实现允许硬件加速器的无缝结合，也使商业或私人（专用）作为一个服务计算的使用。基于我们的研究结果，我们提出了一个范式转变的低延迟和离线计算的引力波天文学。这种转变可以解决峰值使用、可扩展性和可靠性方面的关键挑战，并提供一个特别针对深度学习应用优化的数据分析平台。实现的亚毫秒级延迟也将与任何基于机器学习的实时控制系统相关，这些系统可能在不久的将来和下一代地基激光干涉仪的操作中调用，以及来自此类仪器的数据的前端收集，分发和处理。
2021-08-27 astro-ph.IM gr-qc physics.comp-ph
Data analysis challenges in transient gravitational-wave astronomy
引力波是爱因斯坦的广义相对论预言的时空动力学的辐射解。世界范围内的一系列大规模和高灵敏度的干涉探测器不断仔细检查当地时空的几何形状，希望能探测到偏离，这将是来自遥远天体物理源的撞击引力波的信号。寻找隐藏在非平稳和非高斯仪器噪声中的罕见和微弱的引力波信号是一个特别具有挑战性的问题。我们将概述Virgo（欧洲）和LIGO（美国）迄今为止获得的数据分析技术和相关观测结果，以及这些探测器即将推出的高级版本所提供的前景。
2013-03-03 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Gravitational physics in the context of Indian astronomy: A vision document
本文回顾印度引力学界对天文学和天体物理学的重要贡献，并提出印度在天文学与天体物理学背景下发展引力研究的愿景，是印度天文学会愿景文件相关章节的扩展版。
2025-01-08 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
How photon astronomy affects searches for continuous gravitational waves
由于其计算的局限性，搜索连续的引力波（GW）时，观测光子天文学和理论天体物理学的通知显着更敏感。从光子天文学推断的GW发射的间接上限表明哪些物体对GW搜索更感兴趣，并且还设置了GW搜索需要击败的灵敏度里程碑，以被认为是GW天文学。如何解释GW结果取决于以前的间接限制和天体物理GW发射机制的理论。我描述了这些问题之间的相互作用的四种类型的连续GW搜索，并显示光子天文学家可以帮助GW天文学的不断增长的领域，现在和不久的将来。
2009-10-07 astro-ph.SR gr-qc
The Gravitational Wave International Committee Roadmap: The future of gravitational wave astronomy
引力波科学即将直接观测到爱因斯坦的广义相对论所预言的波，并开辟了令人兴奋的引力波天文学新领域。在未来几十年中，超灵敏的地面仪器阵列和辅助的空间仪器将观测引力波天空，不可避免地发现完全出乎意料的现象，同时为许多已知的最深刻的天体物理现象提供新的见解。2007年7月，引力波国际委员会（GWIC）发起了一项为期30年的引力波科学领域战略路线图的制定工作。该路线图的目标是为国际引力波社区及其利益相关者提供服务，作为开发能力和设施所需的工具，以解决中长期令人兴奋的科学机会。
2011-11-24 gr-qc
A First Investigation of Repeated-Signal Localization of Strongly Lensed Gravitational Waves for Multimessenger Astronomy
RESCEU, The University of Tokyo（东京大学）；Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）
研究通过结合多个重力透镜图像提高引力波天空定位精度，发现两图像组合可使定位区域缩小至10度平方量级，进一步提升多信使天文观测能力。
2026-04-17 astro-ph.IM gr-qc
Gravitational Waves: A New Astronomy
当代天文学正在经历一场革命，这场革命也许比20世纪60年代射电天文学的出现以及随后对其他电磁波波段的观测开放天空所发生的革命更为重要。自2015年以来，LIGO/Virgo合作的引力波探测器观测到了大质量黑洞二元系统在大天文距离上碰撞和合并时发出的信号。这一重大发现开辟了新的引力波天文学的道路，与传统的基于电磁波的天文学截然不同。最近，在2017年，探测到由中子星双星系统的螺旋和合并发出的引力波，随后由$γ$和X卫星以及光学望远镜观测到电磁信号。多信使天文学将引力波和电磁波的信息结合在一起，这使得大量的发现成为可能。新引力天文学的另一个重要方面涉及基础物理学，包括广义相对论和引力的替代理论，以及宇宙学的标准模型。
2018-05-22 gr-qc physics.pop-ph
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
RNLE: Residual neural likelihood estimation and its application to gravitational-wave astronomy
Royal Holloway University of London（伦敦大学皇家霍洛威学院）
RNLE通过残差神经网络估计非高斯噪声似然，提升引力波数据分析的鲁棒性和效率。
2026-01-20 astro-ph.IM gr-qc
Bilby: A user-friendly Bayesian inference library for gravitational-wave astronomy
贝叶斯参数估计正迅速成为引力波天文学的语言。这是一种利用引力波数据来推断源的天体物理性质的方法。我们介绍了一个用户友好的贝叶斯推断库的引力波天文学，比尔比。这个python代码提供了专家级的参数估计基础设施，具有简单的语法和工具，便于初学者使用。它允许用户对LIGO/Virgo的真实、免费数据和模拟数据进行准确、可靠的引力波参数估计。我们提供了一套的例子来分析紧凑的双星合并和其他类型的信号模型，包括超新星和残留的双星中子星合并。这些例子说明了如何改变信号模型，如何实现新的似然函数，以及如何添加新的检测器。Bilby具有使用分层贝叶斯建模进行人口研究的额外功能。我们提供了一个例子，我们推断的形状的黑洞质量分布的观测二进制黑洞合并的合奏。
2018-11-05 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
A New Method of Accelerated Bayesian Inference for Comparable Mass Binaries in both Ground and Space-Based Gravitational Wave Astronomy
随着计算资源的进步，贝叶斯推断正日益成为GW天文学实践的标准工具。然而，诸如马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）的算法需要大量的迭代来保证收敛到目标密度。每个链需要大量的似然函数的评估，并且在Hessian MCMC的情况下，需要计算Fisher信息矩阵以用作建议分布。由于每次迭代都需要生成至少一个引力波形，因此我们很快就达到了当前贝叶斯算法的排除点，特别是对于波形长度很大且波形生成时间为秒级的低质量系统。这突然需要一个单一的MCMC的许多周的时间尺度。由于每个似然和Fisher信息矩阵计算需要评估噪声加权标量产品，我们证明了通过使用积分的线性，以及超过90%的生成时间花费在小于最大值三分之一的频率上的事实，我们可以构建复合积分，以3.5和5.5之间的因子加速可比质量二进制的MCMC，这取决于波形长度。该方法与源和探测器类型无关，并且可以应用于显示显著频率演化的任何波形，例如Advanced LIGO/Virgo的恒星质量双星，以及eLISA的超大质量黑洞
2014-11-03 gr-qc
Gravitational Wave Astronomy
随着几个大尺度干涉仪开始在预测天体物理源的敏感度上获取数据，直接探测引力波可能迫在眉睫。这将为我们的宇宙打开引力波窗口，并将导致对可以想象到的最剧烈过程的更深入的理解;核心坍缩超新星之后黑洞和中子星的形成，以及双星螺旋结束时致密物体的合并。
2008-09-09 astro-ph 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
Multimessenger Astronomy
结合引力辐射的多信使天文学是一个新的和令人兴奋的领域，在不久的将来可能会提供重要的结果和令人兴奋的挑战。借助先进的干涉引力波探测器（LCGT，LIGO，Virgo），我们将有机会调查引力波的来源，这些引力波也有望通过其他信使（如电磁（伽马射线，X射线，光学，无线电）和/或中微子发射）进行观察。LIGO-Virgo干涉仪网络已经被用于多信使搜索引力辐射，从而产生了对宇宙事件的见解。同时观测到的电磁和/或中微子发射可能是首次直接探测引力辐射的重要证据。事件时间，源天空位置和信号的预期频率范围的知识增强了我们搜索幅度更接近探测器噪声基底的引力辐射特征的能力。这里介绍的是LIGO-Virgo多信使探测工作的现状的总结，以及使用先进或第三代引力波探测器网络的数据可能解决的问题的讨论。
2011-05-30 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
A Thesaurus for Common Priors in Gravitational-Wave Astronomy
在引力波数据分析中，我们经常使用大量关于紧致双星质量、红移和自旋的非平凡先验概率。我们必须定期操作这些先验，在参数的变换基础上计算隐含的先验，或者从一个先验到另一个先验重新加权后验样本。在这里，我详细介绍了一些常见的操作，提出了一个表的雅可比矩阵转换先验之间的质量参数化，描述源和探测器帧先验之间的转换，并推导出解析表达式的先验的“有效自旋”参数定期调用引力波天文学。
2021-04-19 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave astronomy
新千年的第一个十年应该会看到对引力波的第一次直接探测。这将是基础物理学的一个里程碑，它将开启引力波天文学这一新的观测科学。但是引力波已经在天体物理系统的建模中扮演了重要的角色。我在这里回顾了相对论和天体物理学中引力辐射理论的现状，然后展望了未来十年探测器灵敏度的发展，包括地面（如LIGO）和太空（LISA）。我回顾了引力波的来源，这些引力波可能在第一代和第二代干涉仪的观测中发挥重要作用，包括来自这些观测的天体物理信息。该评论涵盖了大约10年的引力波频率，从中子星的高频正常模式到从空间可观测到的最低频率。讨论的来源包括最近的发展，关于双黑洞，自旋中子星，和随机背景。
1999-11-09 gr-qc
Roadmap for gravitational wave detection in space - a preliminary study
题为“引力波天文学：现状”的评论论文的一部分。”，发表在《Science China Physics，Mechanics & Astronomy 58.12（2015）：1-41》。
2016-01-26 astro-ph.IM gr-qc
Ten years of gravitational-wave astronomy
本文回顾了人类首次直接探测引力波的个人经历，总结了过去十年间的科学发现，并对未来的引力波天文学发展进行了展望。
2025-09-17 astro-ph.HE gr-qc
Progress towards Gravitational Wave Astronomy
我将回顾引力波探测实验的最新和最有趣的结果，集中在LIGO科学合作组织（LSC）的最新结果。我将概述搜索中使用的方法，解释在无效结果的情况下可以说什么，可以限制什么数量。我将把这些结果与先前的预期进行比较，并讨论它们的意义。我将在接下来的讨论中概述未来改进的前景。
2008-03-03 gr-qc
Comment on: Detecting Vanishing Dimensions Via Primordial Gravitational Wave Astronomy
最近有人声称[arXiv：1102.3434]，在紫外线处维数减少的量子引力模型在原始引力波谱中表现出潜在的可观察截止，这是对这种模型的“通用”和“鲁棒”测试，因为“（2+1）维时空没有引力自由度”。我们认为这种说法是误导性的。
2011-04-07 gr-qc hep-th
Gravitational wave astronomy: the definitive test for the "Einstein frame versus Jordan frame" controversy
引力波（GW）天文学在未来几年的潜在实现对科学界来说是一个巨大的挑战。通过提供大量的新信息，GWs将成为更好地理解宇宙和引力物理学的基石。在本文中，作者表明，GW天文学将允许解决一个迷人的引力问题，因为它将是著名的“爱因斯坦框架与约旦框架”的争议的决定性测试。事实上，我们表明，运动的测试质量，即分束器和反射镜的干涉仪的情况下，这是由于一个GW的标量分量，是不同的两个帧。因此，如果将实现一致的GW天文学，则标量GW的信号的最终检测将允许在两个帧之间进行区分。这样，来自观测的直接证据将最终解决著名的、历史悠久的“爱因斯坦框架与乔丹框架”之争。
2010-12-21 gr-qc
Quasi-Normal Modes and Gravitational Wave Astronomy
根据最近引力波探测器的令人兴奋的发展，我们回顾了文献中关于致密星和黑洞的准正规模的主要结果。准正常模式是一个基本特征的引力信号发射的紧凑的物体在许多天体物理过程中，我们将表明，他们的本征频率编码有趣的信息的性质和内部结构的发射源，我们将讨论我们是否准备好了引力波asteroseismology。
2008-01-11 astro-ph gr-qc
Ground-Based Gravitational-Wave Astronomy in Australia: 2019 White Paper
在过去的四年里，一场科学革命诞生了一个新的领域：引力波天文学。引力波的第一次探测--被2017年诺贝尔物理学奖认可--为广义相对论提供了前所未有的测试，同时揭示了一种以前未知的大质量黑洞，比太阳大30倍。随后从一颗合并的中子星探测到的引力波证实了中子中子星和短伽马射线暴之间的假设联系，同时提供了宇宙膨胀的独立测量。这一发现使得精确测量重力的速度成为可能，同时也揭示了重元素的起源。在撰写本文时，激光干涉仪引力波天文台（LIGO）及其欧洲合作伙伴Virgo已经公布了11个引力波事件的探测结果。新的，尚未公布的检测几乎每周公布。这个快速增长的引力波瞬变目录预计将产生对许多主题的见解，从超核密度的物质状态方程到大质量恒星的命运。3G天文台的科学潜力是巨大的，可以测量宇宙边缘的引力波，精确确定中子星的状态方程。澳大利亚有能力帮助开发所需的技术。2016-2025年澳大利亚天文学十年计划中期审查应考虑投资于澳大利亚引力波探索者的范围研究，该探索者开发并验证全球3G探测器网络所需的核心技术。
2019-12-16 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Lighthouses of Gravitational Wave Astronomy
能够进行天文观测的引力波探测器可能在明年内开始运行，在未来10年内，它们将把触角伸到宇宙学距离，最终实现空间任务LISA。这些观测站的主要目标将是双星系统，特别是那些在观测期间轨道可测量地收缩的双星系统。这些系统是标准的蜡烛，它们提供了测量宇宙学参数的独立方法。特别是LISA可以确定恒星形成开始的时代，并与望远镜一起进行电磁观测，以前所未有的精度测量红移为4或更高的哈勃流。
2001-11-28 gr-qc
The future of gravitational theories in the era of the gravitational wave astronomy
在最近的几次引力波探测（GW150914，GW151226，GW170104，GW170814，GW170817和GW170608）之后，我们讨论了在引力波（GW）天文学框架下引力理论的未来。特别是，计算的频率和角度相关的响应函数，GW检测器会看到，如果从f（R）理论或标量张量引力（STG）的大规模模式存在，允许从天空上的任何方向入射的源，示出。此外，通过单独的理论结果，不涉及最近的GW检测，我们表明，f（R）理论的引力有第三个无质量模式最终被排除，而仍然有空间的STG有第三个（有质量或无质量）模式和f（R）理论的引力有第三个有质量的模式。
2018-01-25 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Listening to the Universe with Gravitational-Wave Astronomy
经过多年的规划、研究和开发，LIGO（激光干涉仪引力波天文台）探测器刚刚完成了首次科学运行。LIGO是全球引力波观测站网络的一员，其他成员在欧洲、日本，希望还有澳大利亚。低频空间引力波观测台计划正在迅速成熟：LISA，激光干涉仪空间天线，将于2011年左右发射。这些仪器的目标是开创{ \it引力波天文学}领域：利用引力波作为一种手段来倾听天体物理学中高度相对论性的动力学过程。这篇评论讨论了这一领域的前景，概述了为什么引力波值得追求，以及它们是什么独特的适合教我们关于天体物理现象。我们回顾了该领域的现状，包括理论和实验，然后强调了引力波科学的一些特别令人兴奋的方面（至少对作者来说）。
2002-11-03 astro-ph gr-qc
Measuring test mass acceleration noise in space-based gravitational wave astronomy
干涉式引力波探测器的基本组成部分-试验质量到试验质量的干涉链路-表现为测量有效差动力的差动测力计，包括重力曲率、惯性效应以及非重力寄生力的综合测量。最后一项贡献将以LISA探路者任务为特征，这是未来星载探测器（如eLISA）的技术先驱。从位移视角到加速度视角的改变，有利于LISA Pathfinder和未来探测器的数据分析。推导了天基探测器干涉链路的差分加速度对引力波的响应。通过建立不等臂迈克尔逊差分加速度组合，也可以将加速度形式化集成到时延干涉测量中。差分加速度名义上对主导低频探测器的缓慢位移动态的系统自由演化不敏感。加速度工作还提供了一种有效的方法来减去作为系统学的测量信号，包括驱动力。由于与运动方程的强相似性，在一定幅度和时移内已知的系统信号的最佳减法，重点是测量噪声，提供了一种有效的方法来解决问题并边缘化讨厌的参数。的$\mathcal{F}$ -统计，在整个引力波社区中广泛使用，包括在方法中，并适当地推广边缘化的线性参数和噪声在同一时间。该方法适用于LPF模拟器数据，由于其通用性，也可以应用于未来的引力波探测器的数据简化和分析。
2014-09-29 astro-ph.IM gr-qc
Machine Learning Applications in Gravitational Wave Astronomy
本文综述了机器学习在引力波天文学中的多种应用，包括神经网络加速代理模型计算、深度残差网络实现高灵敏度快速探测，以及神经网络加速替代引力理论中的中子星模型构建。
2024-01-15 astro-ph.HE gr-qc
Perfect porcupines: ideal networks for low frequency gravitational wave astronomy
完美豪猪是特殊配置的引力波探测器网络，在极限条件下，单个探测器和它们之间的距离相对于感兴趣的引力波长很短。它们具有美丽的特性，使它们成为理想的引力波望远镜。我会明确地介绍最重要的案例。对于单臂探测器网络（如“AGIS”\cite{Dimopoulos_et_al}），最小完美豪猪有6个探测器，沿着正二十面体的6个直径定向。对于双臂探测器网络（如等臂迈克耳孙干涉仪LIGO/VIRGO），最小的完美豪猪是某个5探测器配置。
2010-04-12 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Holes - Perspectives in Gravitational Wave Astronomy -
这是一篇关于原始黑洞（PBH）的评论文章，特别关注到目前为止还没有被霍金辐射蒸发的大质量黑洞（$\gtrsim 10^{15}{\rm g}$）。通过LIGO对引力波的探测，我们获得了一个全新的观测工具来寻找与电磁波互补的PBH。基于引力波天文学将在未来几十年内取得重大进展的观点，本文的目的是对PBH的广泛主题进行全面的综述。在讨论了PBH的形成以及导致PBH产生的几种暴胀模型之后，我们总结了各种现有和未来的观测限制。然后，我们介绍了PBH双星的形成，从PBH双星的引力波，利用引力波的PBH的各种观测测试的主题。
2018-01-16 astro-ph.CO gr-qc
Testing Modified Gravity with Gravitational Wave Astronomy
引力波天文学的新兴领域有望在天体物理学、宇宙学和基础物理学领域提供革命性的发现。最令人兴奋的可能性之一是使用引力波观测来测试引力的替代理论。在这篇文章中，我们描述了如何使用未来的激光干涉仪空间天线的极端质量比吸气观测来测试一类特殊的理论：陈-西蒙斯修正引力。
2010-10-01 astro-ph.HE gr-qc hep-th
The Discovery Potential of Space-Based Gravitational Wave Astronomy
在以前未探索的mHz引力带中运行的天基干涉仪具有巨大的发现潜力。如果历史是任何指南，一个新的光谱带的开放将导致发现全新的来源和现象。兆赫波段非常适合于探索早期宇宙中超越标准模型的过程，并且具有当前技术可以达到的灵敏度，奇异天体物理系统的发现空间是巨大的。
2019-04-03 astro-ph.HE gr-qc
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
The missing link in gravitational-wave astronomy: A summary of discoveries waiting in the decihertz range
自2015年以来，LIGO和Virgo的引力波观测改变了我们对致密天体双星的理解。在未来的几年里，地面引力波天文台，如LIGO、Virgo及其后继者将提高灵敏度，发现数千颗恒星质量的双星。在21世纪30年代，基于空间的LISA将提供对大质量黑洞双星的引力波观测。在地面观测站的$\sim 10$ - $10^3~\mathrm{Hz}$波段和LISA的$\sim10^{-4}$ - $10^{-1}~\mathrm{Hz}$波段之间，有一个未知的分赫兹引力波波段。我们建议建立一个分赫兹天文台来研究这个频率范围，并补充其他探测器的观测结果。分赫兹天文台非常适合观测中等质量（$\sim10^2$ - $10^4 M_\odot$）黑洞;它们将能够在恒星质量的双星合并前几天到几年探测到它们，为附近的双星中子星合并提供早期预警，并测量双星黑洞的偏心率，它们将使广义相对论和粒子物理学的标准模型成为可能。在这里，我们总结了一个德赫天文台可以提供独特的见解如何黑洞的形成和演变跨越宇宙时间，改善多信使天文学和多波段引力波天文学的前景，并使新的重力，粒子物理学和宇宙学的探测。
2021-04-29 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Gravitational-wave astronomy with an uncertain noise power spectral density
为了提取关于致密双星的性质的信息，我们必须估计引力波数据的噪声功率谱密度，这取决于引力波探测器的性质。在实践中，不可能完全知道这一点，只能从数据中估计。通常使用多种估计方法，每种方法都有相应的统计不确定性。然而，这种不确定性被广泛忽略时，测量描述紧凑的二元聚结的物理参数，并适当的可能性，占不确定性是不为人所知的。为了进行越来越精确的天体物理推断和模型选择，必须考虑这种不确定性。在这项工作中，我们推导出正确的可能性最广泛使用的估计方法之一，在引力波瞬态分析，中位数平均。我们证明，模拟高斯噪声遵循预测的分布。然后，我们检查真实的引力波数据和周围的时间GW 151012，一个相对较低的重要性的双黑洞合并事件。我们表明，数据是很好地描述平稳高斯噪声和探索不同的噪声功率谱密度估计方法的影响，我们得出的天体物理推断GW151012。
2020-06-16 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Advancing Space-Based Gravitational Wave Astronomy: Rapid Parameter Estimation via Normalizing Flows
针对空间引力波探测中Taiji任务在混淆噪声下参数估计的挑战，提出基于归一化流的快速准确推断方法，通过变换映射处理时间相关响应函数，估计速度比传统技术快数个数量级且保持高精度。
2024-02-20 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Compact binary coalescences: gravitational-wave astronomy with ground-based detectors
本文综述了致密双星并合这一最主要引力波源的观测特征与分析方法，并回顾了LIGO、Virgo和KAGRA地面干涉仪网络自2015年以来取得的探测进展。
2024-09-03 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves astronomy: the ultimate test for Einstein's General Relativity
众所周知，爱因斯坦的广义相对论（GR）取得了巨大的成功，并通过了大量的实验检验。另一方面，广义相对论也显示了一些缺点和缺陷，这些缺点和缺陷今天建议理论家们问它是否是引力的权威理论。在这篇评论中，我们表明，如果先进的项目检测的引力波（GWs）将提高其灵敏度，允许执行GWs天文学，如果爱因斯坦的GR是正确的和明确的引力理论的理解将是可能的。为了实现这一目标，必须使用各种重力理论（即GR和扩展重力理论）产生的重力波干涉仪的精确角度和频率相关响应函数。这篇评论是建立在2009年重力研究基金会奖的荣誉奖上的。
2010-04-08 gr-qc
Introduction to gravitational wave astronomy
本章概述了引力波（GW）天文学，为本手册中其他更专业的章节提供了背景材料。它首先简要回顾了GW天文学的发展历史，从1916年爱因斯坦对GW的预测到2015年的首次直接探测。它提出了爱因斯坦方程的闵可夫斯基时空的线性化扰动理论，并说明了规范变换如何将问题简化为具有两个自由度或偏振的标准波动方程$h_+,h_\times$。我们推导出四极公式，它涉及到远GW场的源区物质的运动。结果表明，GW携带能量，以及线和角动量，远离源。本文计算了一颗轨道圆双星的GW场，并计算了该双星的演化性质，包括螺旋速度和合并时间。简要回顾了现有的和拟议的GW探测器，以及如何估计源参数在LIGO或处女座数据的GW事件。讨论了GW观测对物理学、天体物理学和宇宙学的贡献。
2021-03-13 gr-qc
Enhancing gravitational wave astronomy with galaxy catalogues
引力波和电磁波的联合观测是多信使天文学的重要研究方向，它将为天文学研究提供重要的理论基础。根据引力波观测对源天空位置的估计是不确定的，这意味着后续观测站必须扫描大部分天空，以寻找潜在的伴随信号。通过多信使观测三角形给出了GW-EM联合观测的一般框架。使用贝叶斯方法的多信使天文学，我们调查使用的星系目录和宿主星系的信息，以减少后续观测台必须扫描的天空区域，以及研究其用于提高倾角估计合并二进制紧凑对象。我们证明了我们的方法，使用模拟的中子星inspiral信号注入到模拟的先进探测器的噪声和估计注入信号的天空位置和倾斜角使用引力波星系目录。在这个案例研究中，排名前三的候选者分别有$72\%$、$15\%$和$8\%$作为宿主星系的后验概率。利用引力波-星系信息得到的中子星双星余弦倾角的标准差（0.001）远小于仅利用引力波后验样本得到的标准差（0.02）。
2014-06-09 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave astronomy: the high-frequency window
这一贡献分为两部分。第一部分提供了一个教科书水平介绍引力辐射。介绍了讨论引力波物理所需的关键概念。特别是，四极公式适用于预期的“面包和黄油”的探测器，如LIGO，GEO600，EGO和TAMA 300的来源：吸气紧凑的二进制文件。第二部分简要回顾了高频引力波。在100 Hz以上的频率范围内，引力坍缩、旋转不稳定性和致密天体的振荡是产生引力波的潜在重要源。通过对引力波信号的仔细研究，可以获得关于坍缩的各个阶段、质子中子星的演化以及这类天体的核上状态方程的详细情况的重要和独特的信息。由于通过探测来自这些源的引力波能够研究的令人兴奋的物理量确实令人鼓舞，因此开发未来几代地面探测器的动机很强，这些探测器的灵敏度从数百Hz到几kHz。
2004-03-20 gr-qc
Multi-band gravitational-wave astronomy: parameter estimation and tests of general relativity with space and ground-based detectors
随着黑洞双星GW150914的发现，引力波天文学的时代已经开始。最近的研究表明，质量与GW 150914相当或更高的BBH在最终合并到地基探测器的波段之前几年将在eLISA波段中可见。这将允许合并前的电磁警报，大大增加了联合检测的机会，如果BBH确实在电磁波段发光。在本文中，我们探讨了一个完全不同的方面的多波段GW天文学，并验证是否，以及在何种程度上，测量质量和天空位置与eLISA可以改善参数估计和测试的广义相对论与地面探测器。我们生成一个目录的200 BBH，并发现有先验信息从eLISA可以减少源距离和主黑洞自旋的测量的不确定性高达2倍，在地基GW探测器。eLISA的分量估计不会被地面探测器精确化，而联合分析将产生新形成的黑洞的精确特征，并改善广义相对论的一致性测试。
2016-06-14 gr-qc
Gravitational Wave Physics and Astronomy in the nascent era
LIGO/Virgo合作探测到的引力波（GW）为物理学和天文学提供了多种可能性。我们确信，由于不断改进探测器的工作，包括对新加入的探测器KAGRA和计划中的探测器LIGO-India的期望，GW观测将在精度和数量上取得很大进展。在此，我们回顾了引力波物理和天文学的基本成果和前景。我们综述了引力波的代表源：双星黑洞，双星中子星和超新星的发展。我们还总结了引力波观测作为新物理探测器的作用。
2021-04-06 astro-ph.HE gr-qc
A Bayesian approach to multi-messenger astronomy: Identification of gravitational-wave host galaxies
我们提出了一个总体框架，将天体物理信息纳入贝叶斯参数估计技术所使用的引力波数据分析，以促进多信使天文学。由于瞬态引力波事件的祖先，如紧凑的二元聚结，很可能与宿主星系，通过使用宿主星系信息的源天空位置估计的改进进行了探索。为了演示如何宿主星系的属性可以包括在内，我们模拟了人口的紧凑的二元聚结和显示，约8.5%的模拟与200 Mpc，前十名最有可能的星系占约50%的总概率主办的引力波源。真正的引力波源宿主星系在大约10%的时间里是十大候选星系之一。此外，我们表明，通过包括宿主星系的信息，一个紧凑的二元引力波源的倾角可以得到更好的估计。我们还证明了我们的方法的灵活性，将使用B或K波段到我们的分析。
2014-09-03 astro-ph.HE gr-qc
Reply to the "Comment on: Detecting Vanishing Dimensions Via Primordial Gravitational Wave Astronomy"
评论：通过原始引力波天文学检测消失的维度”[arXiv：1104.1223]具有误导性，其前提是对《物理学评论快报》主要内容的误解。106，101101（2011）[arXiv：1102.3434]。评论中的主要主张--在某些不同于广义相对论（GR）的奇异理论中，甚至在低维空间中也可能存在局部自由度--是微不足道的。尽管如此，《评论》的作者们还是没有提出一个自洽的例子。然而，这一主张对我们的论文没有任何影响，我们在论文中明确表示，我们正在arXiv：1003.5914中定义的“消失”或“进化”维度的框架内工作。
2011-09-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Multimessenger astronomy
在本文中，我们提供了一个简短的概述的范围和强大的未来潜力的多信使方法的引力波天文学，寻求最佳结合引力波和电磁观测。我们强调了多信使方法用于探测引力波源的重要性，并描述了联合引力波和电磁观测可以提高源参数估计的一些方法，并更好地告知我们对源本身的理解-从而增强其作为天体物理学和宇宙学探测器的潜力。
2015-09-20 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave astronomy and cosmology
引力波对物质作用的首次直接观测最近由BICEP 2实验报道。正在安装先进的地面引力波探测器。它们很快就会投入使用，然后开始搜索高灵敏度的高频引力波，人们普遍预计，这种高灵敏度的引力波可以探测到恒星质量黑洞和中子星等致密天体。脉冲星定时阵列继续改善纳赫兹频率下引力波的边界，并可能在与地面探测器大致相同的时间尺度上探测到信号。天基干涉仪瞄准毫赫兹源的科学理由非常充分。引力波发现的十年即将开始。在2013年TAUP会议上的演讲中，我们将简要回顾引力波和引力波探测器的物理学，然后讨论这些测量在不久的将来进行宇宙学测量的前景。
2014-05-02 astro-ph.CO gr-qc
Astronomy and astrophysics with gravitational waves in the Advanced Detector Era
随着先进的引力波探测器在未来5年内投入使用，我们有望首次探测到来自天体物理源的引力波，并研究引力波本身的性质，作为广义相对论的检验。此外，这些引力波将是研究其天体物理源和源群的有力工具。它们携带的信息与从电磁或中微子观测中获得的信息非常互补，探测为电磁辐射提供动力的中心引力引擎。目前正在进行准备工作，以便能够利用低延迟搜索管道和快速天空定位，对瞬变源的引力波和电磁观测进行近乎同时的观测。我们将回顾利用先进探测器实现的引力波进行多信使天文学和天体物理学研究的许多机会，以及为快速和充分利用它们而正在进行的准备工作。
2012-03-12 astro-ph.HE gr-qc
