Searching for gravitational wave burst in PTA data with piecewise linear functions
本文提出完全贝叶斯 PTA 数据分析框架,用分段直线建模纳赫兹引力波爆发并解析积分波形参数,仅用三个额外参数即可高效探测信号、定位天空并恢复波形。
2023-07-12 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Searching for wormholes with gravitational wave scattering
连接宇宙中遥远地方的虫洞是广义相对论的著名解。特别是,允许星际旅行的可穿越虫洞在科幻小说中也很受欢迎。然而,目前还没有发现它们存在的迹象。在这项工作中,我们提出了使用引力波(GW)的散射球形虫洞来寻找它们的存在。我们仔细计算了反射和透射波形与时间无关的散射理论。我们的研究结果定量地显示了虫洞两侧两个宇宙中的回声特征。在一定的虫孔质量范围内,透射波具有独特的孤立啁啾,没有螺旋波形,反射波具有反啁啾行为,即,啁啾信号的丢失。我们还计算了目前和计划中的GW望远镜的搜索范围。我们的方法可以适用于有效地计算模板搜索虫洞。
2023-02-25 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Assessing and Mitigating the Impact of Glitches on Gravitational-Wave Parameter Estimation: a Model Agnostic Approach
针对 LIGO-Virgo 数据中瞬态毛刺导致引力波参数后验偏差的问题,研究采用 \w{} 联合重建并减除毛刺,验证其可有效缓解宽带毛刺偏差。
2024-10-22 astro-ph.IM gr-qc
Use of Singular-Value Decomposition in Gravitational-Wave Data Analysis
奇异值分解是矩阵分析中的一种重要方法。在本文中,我们总结了它是如何被应用到引力波数据的分析。这些措施包括产生匹配滤波的基础波形,减少搜索多个波形的计算成本,改善参数估计,并提供了一种波形插值的方法。
2012-01-09 gr-qc physics.data-an
Theory-agnostic framework for inspiral tests of general relativity with higher-harmonic gravitational waves
最近的引力波观测显示了高次谐波存在的证据,因此可能表明这些波是在具有不对称质量比的致密物体的螺旋中产生的。具有较高谐波的信号包含大量信息,这些信息可以导致更好地估计系统参数,并可能导致更严格的广义相对论测试。然而,包含高次谐波的引力波模型只在广义相对论中发展出来,而测试与广义相对论理论无关的偏差的模型则纯粹基于信号的主导模式。在这里,我们扩展参数化后爱因斯坦的框架,包括$\ell=2, 3$和$4$高次谐波的第一后牛顿秩序,因此提供了一个现成的使用傅立叶域波形模型的测试与高次谐波的广义相对论。我们发现,傅里叶相位的高次谐波的变形可以很容易地映射到主谐波的变形,而傅里叶振幅的高次谐波的变形一般不能以理论不可知的方式。尽管如此,我们开发了一个简单的波形振幅的变形(通过时域振幅的重新缩放变形),既最大限度地减少了独立的振幅变形参数的数量,并捕捉到所有已知的修改理论的预测。
2022-03-29 gr-qc
Searching for MHz Gravitational Waves from Harmonic Sources
利用从Holometer获得的704小时数据集进行了MHz引力波谐波源搜索,Holometer是一对40米功率回收的迈克耳孙干涉仪。我们的搜索是为了寻找宇宙弦环和偏心黑洞双星在一个完全未探索的频率范围从1到25兆赫。两个干涉仪之间的测量的交叉谱密度被用来执行四个不同的搜索。首先,我们搜索以识别具有超过5 $σ$的过量功率的任何基频仓。其次,我们通过采用基频及其谐波全部共同位于阈值之上来降低任何单独频率仓上的每仓阈值。我们改变搜索的谐波数量,从$n= 4$到$n=23$。第三,我们执行一个不可知的方法来识别谐波候选人,可能有一个单一的污染频率箱或遵循幂律依赖。最后,我们扩大了不可知的方法,为个人的候选人和搜索潜在的潜在人口的谐波源。每种方法都在干涉仪数据集以及暗噪声、光子散粒噪声限制和模拟高斯噪声数据集上进行了测试。我们的结论是,这四种不同的搜索方法没有找到任何候选频率,将是一致的谐波源。这项工作提出了一种寻找引力波候选者的新方法,使我们能够调查以前未探索的频率范围。
2020-10-13 astro-ph.IM gr-qc
Searching for gravitational wave echoes in GWTC-1 and O3 events
如果引力波(GW)回波存在的话,将是对黑洞近视界物理的一个探索。在这份简短的报告中,我们进行了蒙特卡罗马尔可夫链分析,以搜索所有GWTC-1和O3 GW事件中的回波信号。我们专注于IMRE波形,并应用贝叶斯模型选择来比较IMRE结果与IMR(无回波)。我们没有发现GW回声的统计学显著性($<1σ$组合)证据,仅个别GW事件的回声具有$1\sim 2σ$显著性。
2020-10-15 astro-ph.HE gr-qc
Dirty waveforms: multiband harmonic content of gas-embedded gravitational wave sources
分析了随机力矩涨落对中等质量比和极端质量比气体源的轨道演化和引力波(GW)发射的影响。我们表明,气体驱动的波动印记额外的谐波含量的GWs的二进制系统,我们称之为脏波形(DWs)。我们发现三个有趣的观测前景DWs,提供的扭矩波动确实持续超出目前的流体动力学模拟的分辨率限制。首先,DW可以产生显著的随机GW背景,与其他GW噪声源相当。其次,附加谐波所隐含的能量通量可以在激光干涉仪空间天线(LISA)源中引起可检测的长期相移,即使在轨道时间尺度上平均时净扭矩波动消失。最后,中等红移nHz超大质量双星的DWs可以在mHz范围内被脉冲星定时阵列(PTA)探测到,产生了一种新型的PTA-LISA多波段引力源。我们的研究结果表明,寻找DW及其影响可能是一种新的方式来探测最重的黑洞和它们周围的吸积盘的物理。我们发现这些结果进一步证实了在未来GW探测器的数据流中积极寻找环境影响的许多令人兴奋的前景。
2022-01-29 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Searching for Gravitational Waves from the Inspiral of Precessing Binary Systems: Astrophysical Expectations and Detection Efficiency of "Spiky'' Templates
相对论性的自旋-轨道耦合和自旋-自旋耦合已经被证明可以改变由黑洞和中子星组成的螺旋双星的引力波形。因此,如果在引力波搜索中忽略岁差效应,由于信噪比的显著损失,可能会错过螺旋信号。我们研究的灵敏度预期损失的信噪比的两个因素:作为真实信号和自旋轨道倾角的预期分布的进动波形的准确性,鉴于目前的理解,他们的物理起源。我们发现,使用近似技术产生的信号所获得的结果是在良好的协议,通过集成的2 PN方程所获得的。这表明,一个完整的帐户,所有高阶后牛顿效应通常是不必要的检测效率的测定。根据我们目前的天体物理学预期,大倾角是不受欢迎的,因此,探测率的下降相对于黑洞自旋幅度变化相当缓慢,在最大可能值的20- 30%范围内。
2004-04-08 astro-ph gr-qc
Searching for General Binary Inspirals with Gravitational Waves
我们研究了双黑洞模板库是否可以用来搜寻一般双黑洞合并所发射的引力波。为了从噪声数据中恢复二进制信号,通常需要匹配滤波技术。对于总质量为$M \lesssim 10 \, M_\odot$的低质量系统来说尤其如此,它可以在LIGO和Virgo频段内盘旋数千个周期。在本文中,我们重点关注低质量二元系统的可探测性,这些系统的各个组成部分可能具有较大的自旋诱导四极矩和较小的致密性。四极子对波形的相位演化有贡献,而致密性影响双星的合并频率。我们发现,二进制黑洞模板(无量纲四极$κ=1$)不能可靠地用于搜索对象与大四极($κ\gtrsim 20$)在很宽的参数空间。如果一般的物体是高度旋转的,并且比它的双星伴星有更大的质量,这一点尤其正确。一个由小密度物体组成的双星可以在LIGO和Virgo频段合并,从而降低其在吸气状态期间的累积信噪比。因此,必须构造包括这些更一般的波形的模板库。这些扩展的银行将使我们能够现实地寻找新的天体物理和超越标准模型紧凑对象的存在。
2020-12-14 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Evolution of circular, non-equatorial orbits of Kerr black holes due to gravitational-wave emission: II. Inspiral trajectories and gravitational waveforms
一个“小”($μ\sim 1-100 M_\odot$)致密体螺旋进入一个“大”($M \sim 10^{5-7} M_\odot$)黑洞是空间引力波天文台LISA的一个关键引力辐射源。来自这种螺旋的波将探测克尔度规的极端强场性质。在本文中,我调查的一个有限的家庭,这样的inspirals(圆的,倾斜的轨道的inspiral)的性质,着眼于了解可观察到的引力波,他们产生的属性。使用先前提出的结果来计算辐射反应的影响,我组装的inspiral轨迹(假设辐射的反应,使在短时间尺度的轨迹近似测地线)和计算产生的波作为紧凑的身体螺旋。我对几个黑洞的自旋进行了分析,采样范围应该表明我们在自然界中会遇到什么样的自旋。自旋对波形有很大的影响。特别是当黑洞旋转非常快时,旋进体与事件视界之间的潮汐耦合对旋进时间尺度有很强的影响,进而对引力波定相有很大的影响。引力波本身被非常有效地描述为"多声啁啾“:波是”啁啾“的总和,每个啁啾对应于基本轨道频率的不同谐波。每个声音都有一个相当简单的阶段演变。逐个语音地搜索极端质量比吸气可能比一次搜索全部求和波形更有效。
2001-05-24 astro-ph gr-qc
Searching for gravitational-wave transients with a qualitative signal model: seedless clustering strategies
在应变功率谱图中,引力波爆发可以观察到明亮的像素簇。聚类算法可用于识别候选引力波事件。聚类通常通过将功率超过某个阈值的种子像素分组在一起来识别。然而,如果引力波信号是长寿命的,那么多余的能量可能会分散在许多像素上,这些像素都没有足够的亮度成为种子。没有种子,通过聚类进行检测的问题变得更加复杂。在本文中,我们研究了搜索长寿命窄带引力波爆发的无籽聚类算法。使用四个天体物理动机的测试波形,我们比较了两种算法,使用种子的无籽聚类算法。我们发现,种子算法可以检测引力波信号(在固定的误报率和误报率)之间的距离大于150-200%的种子为基础的聚类算法,相应的显着增加检测量:420- 740%。这种灵敏度的提高可能会将第二代探测器(如Advanced LIGO和Advanced Virgo)的探测范围扩大到天体物理学上感兴趣的距离。
2013-09-04 astro-ph.IM gr-qc
Searching for gravitational-wave bursts with space-borne detectors
针对空间探测器毫赫兹频段波形难建模的引力波暴识别问题,提出结合信号不敏感通道排噪的能量超额法,模拟测试显示信噪比20时年虚警率下探测效率达97.4%。
2024-05-14 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Searching for black hole echoes from the LIGO-Virgo Catalog GWTC-1
我们已经检查了引力波回波信号的9个二元黑洞合并事件所观察到的先进LIGO和处女座在第一次和第二次观测运行。为了构造一个回波模板,我们考虑克尔时空,其中事件视界被一个反射膜所取代。我们使用频率依赖的反射率在角势垒,这是拟合的数值数据通过求解Teukolsky方程。该反射率给出了在模板中在较低频率处被抑制的频率依赖性透射率。我们还考虑了波形的整体相移作为参数,当波在膜和势垒处反射时产生。利用这种基于黑洞扰动的模板,我们在双黑洞合并事件中没有发现明显的回波信号。
2019-09-27 gr-qc
Searching for precessing binary systems with mode-by-mode filtering and marginalization
Princeton University(普林斯顿大学);University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校);Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学);The University of Chicago(芝加哥大学);Institute for Advanced Study(高等研究院);Weizmann Institute of Science(魏茨曼科学研究所);University of California at Santa Barbara(加州大学圣巴巴拉分校);Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究所);Chennai Mathematical Institute(金奈数学研究所)
本文提出了一种基于模式级过滤和边缘化方法的进动二体系统搜索方法,通过减少冗余和优化先验样本提高搜索灵敏度。
2026-03-06 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Two-harmonic approximation for gravitational waveforms from precessing binaries
当黑洞的自旋与双星的轨道角动量不一致时,双星黑洞的轨道进动。表面上复杂的动力学在大多数情况下可以描述为轨道角动量关于一个近似固定的总角动量的简单进动。然而,岁差对观测到的引力波信号的影响更为复杂,它与黑洞动力学、双星的方向和探测器的偏振有着非平凡的时变关系。因此,很难预测在什么条件下进动效应在引力波观测中是可测量的,以及它们对信号检测和源表征的影响。我们发现,所观察到的波形可以简化分解为一个新的进动参数$b = \tan(β/2)$,其中$β$是轨道和总角动量之间的开角的幂级数。幂级数由五个谐波组成,其频率与二进制的进动频率不同,并且单独地不表现出幅度和相位调制。在许多情况下,波形可以很好地近似于两个领先的谐波。在这种近似下,我们能够得到由两个频率相似的波形的拍频引起的进动的简单图像。这使我们能够识别区域的参数空间的进动可能有一个可观察到的影响的波形,并提出了一种新的方法来搜索信号的进动二进制,基于两个谐波近似。
2020-07-15 gr-qc
Efficient Reconstruction of Matched-Filter Signal-to-Noise Ratio Time Series from Nearby Templates for Compact Binary Coalescences Searches
Institute for Cosmic Ray Research, The University of Tokyo(东京大学宇宙射线研究所)
该研究提出了一种通过截断比值波形高效重建匹配滤波信噪比时间序列的方法,用于搜索致密二体合并信号,显著降低计算成本和存储需求。
2026-03-13 astro-ph.IM gr-qc
Parameter estimation for black hole echo signals and their statistical significance
用引力波搜寻黑洞的回波信号提供了一种探测这些物体的近视界状态的手段。我们展示了一个管道,有效地搜索这些信号的引力波数据和计算信号和无信号假设之间的模型选择概率。作为其使用的一个例子,我们计算贝叶斯因子的阿贝迪-戴卡尔-阿夫肖迪(ADA)模型的事件在LIGO的第一次观测运行和比较现有的结果在文献中。我们讨论了使用全似然探索的好处,现有的搜索方法,使用模板银行和计算的p值。我们使用ADA的波形,虽然该方法很容易扩展到其他波形。通过这些波形,我们能够证明已经被数据排除的回波幅度范围。
2018-11-20 gr-qc
Parametrized multipolar gravitational waveforms for testing general relativity: Amplitude corrections up to 2PN order
本文在准圆轨道致密双星的后牛顿近似下,推导了2PN阶引力波参数化多极振幅的闭合表达式,利用同一组唯象参数实现了相位与振幅的通用参数化,显著提升了引力波多极检验的精度。
2024-10-11 gr-qc
A theory-agnostic hierarchical Bayesian framework for black-hole spectroscopy: a case study on GW250114 in Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet gravity
School of Physics, Nankai University(南开大学物理学院)
本文提出了一种理论无关的分层贝叶斯框架,用于分析黑洞频谱学,应用于爱因斯坦-稀释子-高斯-博内引力中的GW250114事件,验证了非零耦合参数的恢复能力。
2025-12-09 astro-ph.HE gr-qc
LIGO-Virgo searches for gravitational waves from coalescing binaries: a status update
中子星或黑洞的合并致密双星被认为是地球上最有希望的引力波探测源之一。LIGO-Virgo联合合作的紧凑二元合并(CBC)小组正在通过对理论建模的模板波形进行匹配滤波来搜索这些天体物理系统发出的引力波。各种波形模板的家庭采用的质量范围探测的搜索和阶段的inspiral阶段的目标:限制后牛顿的系统具有总质量小于$35 \msun$,数值相对论启发完整的吸气合并振铃波形更大规模的系统高达$100\msun$和振铃模板建模扰动黑洞高达$500\msun$。我们给出了CBC小组在探测天体物理引力波特征方面的当前努力和即将到来的计划的最新状态。
2009-11-14 gr-qc
GraviBERT: Transformer-based inference for gravitational-wave time series
Faculty of Information Technology, Czech Technical University(捷克理工大学信息技术学院);CEICO, Institute of Physics, Czech Academy of Sciences(捷克科学院物理研究所CEICO中心)
GraviBERT通过自监督预训练和监督微调,实现了引力波时间序列推断的高效迁移学习,显著提升了推断精度和收敛速度。
2026-02-23 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Search techniques for gravitational waves from black-hole ringdowns
在所有的天文引力辐射源中,旋转的黑洞的微小扰动所产生的振铃波形也许是最容易理解的:对于这种扰动的后期阶段,波形只是一个指数衰减的正弦曲线。从干涉测量引力波天线数据中搜索这些应该相对容易。在本文中,我提出了一个单一的过滤器搜索振铃波形所产生的50太阳质量的黑洞与98%的最大自旋角动量使用的数据从加州理工学院40米原型干涉仪的结果。这种搜索说明了技术,可用于分析数据,从未来的大规模干涉仪,并描述了一些困难,目前在干涉仪数据的分析。最重要的是,它说明了在两个独立的干涉仪的输出中使用重合事件(这里由两个不同时间的40米数据模拟),以大大降低假事件率。这种符合将是未来在更大尺度的干涉仪中进行引力波搜索的必要工具。
1999-01-28 gr-qc
Searching for Intelligent Life in Gravitational Wave Signals Part I: Present Capabilities and Future Horizons
我们表明,激光干涉仪引力波天文台(LIGO)是一个强大的工具,在搜索地外文明(SETI)。LIGO探测来自天体物理源的引力波(GW)的能力,如二元黑洞合并,也提供了探测地外巨型技术的潜力,如快速和/或大规模加速航天器(RAMAcraft)。我们表明,LIGO是敏感的RAMAcraft 1木星质量加速到光速的一部分(例如30\%)从$10 - 100\,$ kpc或月球质量从$1-10\,$ pc。虽然现有的SETI搜索可以探测人类规模技术(例如无线电波)的一万颗恒星,但LIGO可以探测银河系中所有10颗$^{11}$恒星。此外,由于RAMAcraft信号的$f^{-1}$缩放,我们对这些物体的灵敏度将随着低频探测器的开发和改进而增加,从而可以探测到距离地球更远的较小质量。特别是,我们发现DECIGO和大爆炸观测器(BBO)将比LIGO灵敏100倍,增加10个$^{6}$的搜索量,而LISA和脉冲星定时阵列(PTA)可能会提高对长加速周期物体的灵敏度。在本文中,我们计算了线性加速RAMAcraft的波形,其形式适合于LIGO、Virgo和KAGRA搜索,并提供了各种质量和加速度的范围。我们预计,目前和即将推出的GW探测器将很快成为现有SETI工作的一个很好的补充。
2022-12-24 astro-ph.IM gr-qc
Searching for Gravitational Waves from Compact Binaries with Precessing Spins
目前,LIGO和Virgo天文台对致密天体双星的引力波的搜索采用了自旋与轨道角动量对齐(或反对齐)的波形模型。在这里,我们推导出一个新的统计搜索携带通用(旋进)自旋紧凑的对象。应用这一统计,我们构建银行的对齐和通用自旋模板的二进制黑洞和中子星-黑洞二进制,并比较这些银行对模拟人口的通用自旋系统的有效性。然后,我们在高斯噪声的管道分析中使用这些银行来测量使用通用自旋银行而不是对齐自旋银行所引起的背景增加。虽然一般的自旋银行有一个因素的10到20多个模板比对齐自旋银行,我们发现在固定的假警报率的系统与高质量比和高旋进自旋-高达60%的中子星黑洞合并信号恢复的整体改善。对于已经被对准自旋模板很好覆盖的系统,灵敏度的这种增益是在灵敏度的小损失($\lesssim$ 4\ %)下实现的。由于即使是一个单一的二进制合并与错位自旋的观察可以提供独特的天体物理学的见解,这些来源的形成,我们建议,这里描述的方法进一步发展安装一个可行的搜索通用自旋二进制合并在LIGO/处女座数据。
2016-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Parameterized Post-Einsteinian Gravitational Waveforms in Various Modified Theories of Gravity
尽管广义相对论迄今为止取得了巨大的成功,但修正的引力理论最近受到了越来越多的关注,这是从理论和观测两个方面引起的。引力波的观测为检验强场区域中这类理论的可行性开辟了新的可能性。我们可以一次用一个观测数据来检验每一个理论,不过更有效的方法是先用理论不可知论的方式来探测引力,然后再把这些信息映射到具体的理论上。这种与模型无关的引力波测试的一个例子是参数化的后爱因斯坦形式主义,其中一个在振幅和相位中引入通用参数,以捕获非爱因斯坦效应。在本文中,我们推导出引力波形的各种修改后的引力理论,违反了至少一个基本支柱,在广义相对论的吸入紧凑双星。我们实现这一点,通过推导修正的波形振幅/相位和频率演化和开普勒第三定律之间的关系,因为后两个已经(或可以很容易地)在许多理论推导。这样的分析使我们能够得到校正的波形振幅,这扩展了许多以前的作品,只专注于相位校正。此外,我们还导出了不同引力常量下的引力波形。我们通过引入两个引力常量(保守引力常数进入结合能,耗散引力常数进入引力波光度)并允许二元组分的质量随时间变化,扩展了前人的工作.我们还纠正了以往文献中的一些错误。我们的结果可以用来改善目前的测试广义相对论的分析,以及实现新的投影约束的许多修改的引力理论。
2019-12-29 astro-ph.HE gr-qc
Addressing the spin question in gravitational-wave searches: Waveform templates for inspiralling compact binaries with nonprecessing spins
本文提出了一个后牛顿(PN)模板家庭的引力波形从吸入紧凑的双星与非旋进的自旋,其中的自旋效应是由一个单一的“约化自旋”参数。这个模板族,它重新参数化的所有自旋相关的PN条款的首阶(1.5 PN)自旋轨道耦合项\emph{in an approximate way},有很高的重叠(拟合因子> 0.99)与非旋进双星与任意质量比和自旋。我们还证明了这个模板族对于相当大一部分质量相当的自旋双星(m_2/m_1 <~ 10)的探测是“有效的”,为从自旋低质量双星中寻找引力波(GW)提供了一种有吸引力和可行的方法。我们还指出,在相当质量(m_1 ~= m_2)区域,相位演化中的长期(非振荡)自旋相关效应(非旋进模板考虑到的)比旋进的振荡效应更重要。因此,与非旋进旋转模板相比,非旋转模板的有效性在这种情况下特别差。对于高级LIGO观测到的双星中子星,即使是中等自旋(L。S/m^2 ~= 0.015 - 0.1)将导致与非纺丝模板相当大的失配(~ 3% - 25%)。这与中子星自旋可能与GW探测无关的预期相反。
2011-09-12 astro-ph.HE gr-qc
Impact of numerical-relativity waveform calibration on parametrized post-Einsteinian tests
The Grainger College of Engineering, Illinois Center for Advanced Studies of the Universe & Department of Physics, University of Illinois Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格拉尼格工程学院、宇宙高级研究中心及物理系);Department of Physics and Astronomy, University of Nevada, Las Vegas(内华达大学拉斯维加斯分校物理与天文学系);Nevada Center for Astrophysics, University of Nevada, Las Vegas(内华达大学拉斯维加斯分校内华达天体物理学中心)
研究IMRPhenomD波形模型中晚期旋近拟合系数的校准误差如何导致参数化后爱因斯坦检验中误判广义相对论偏离,并展示考虑校准不确定性可避免虚假信号。
2026-06-11 gr-qc
cWB-space: A time-frequency unmodelled transient-search pipeline for LISA
ETH Zurich(苏黎世联邦理工学院);Universitat de les Illes Balears(巴利阿里群岛大学);University of Trento(特伦托大学);INFN-TIFPA, Trento Institute for Fundamental Physics and Applications(意大利国家核物理研究所-特伦托基础物理与应用研究所)
本文提出cWB-space时频瞬变搜索流水线,无需波形模板即可识别LISA数据中的引力波候选信号,并在Sangria模拟数据中成功恢复全部六个注入的大质量黑洞双星系统。
2026-11-02 astro-ph.IM gr-qc
Bayesian detection of unmodeled bursts of gravitational waves
近二十年来,在全球引力波观测站网络生成的数据中相干搜索未建模的引力波爆发的数据分析问题一直是研究的中心。随着这些探测器的数据开始被分析,人们对这个问题的兴趣又重新燃起。本文提出了一种用地面干涉仪网络相干搜索引力波爆发的贝叶斯方法。我们演示了如何系统地将突发信号及其源的先验信息纳入分析。这些信息的范围可以从非常小的,如最佳猜测持续时间,带宽或极化内容,到完整的信号波形和源在时空中的分布的先验知识。我们表明,这个全面的贝叶斯公式包含几个以前提出的检测统计作为特殊的限制情况下,并证明它优于他们。
2009-06-04 gr-qc
Constraining Dipole Radiation with Multiband Gravitational Waves from Eccentric Binary Black Holes
Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University(北京大学科维理天文与天体物理研究所);National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家天文台)
本文提出多波段贝叶斯推断方法,结合轨道偏心性和理论无关的偶极修正,研究双黑洞系统中偶极辐射的约束问题,发现偏心性显著削弱偶极约束,但仍能实现高精度检测。
2026-07-22 gr-qc
Observing gravitational wave polarizations with LISA-TAIJI network
从广义相对论出发,导出了引力波的两种偏振模式:正偏振和交叉偏振。然而,引力的替代理论可以产生多达六个偏振的引力波。寻找正负极化之外的极化是对广义相对论的一个重要检验。原则上,一个星载探测器,如LISA,可以测量引力波偏振从长期观测与其轨道运动。由于具有可比的灵敏度,LISA和TAIKI联合任务将改善对广义相对论以外理论的偏振预测的观测。本文采用一类参数化的后爱因斯坦波形来描述交替极化,并利用LISA-TAIKI网络对由广义相对论波形量化的6个参数化后爱因斯坦参数进行了检验。我们的研究结果表明,在最佳方案下,与LISA单一任务相比,LISA-TAIKI联合观测的交替偏振振幅测量值可以提高10倍以上。
2021-02-16 gr-qc
Implementing a search for gravitational waves from non-precessing, spinning binary black holes
用LIGO和Virgo从二元黑洞(BBH)中搜索引力波(GW)涉及到对一组代表性信号波形(模板库)进行匹配滤波数据,选择这些信号波形以尽可能少的模板波形覆盖感兴趣的整个信号空间。虽然分量黑洞可能具有显著的角动量(自旋),但之前对BBH的搜索仅使用两个分量自旋均为零的波形过滤了LIGO和Virgo数据。这导致信号的信噪比损失,而不是这种情况。结合最好的模板放置技术和波形模型,我们构建了一个模板库的GW信号从BBH与组件自旋$χ_{1,2}\in [-0.99, 0.99]$对准的轨道角动量,组件质量$m_{1,2}\in [2, 48]\,\mathrm{M}_\odot$,和总质量$M_\mathrm{total} \leq 50\,\mathrm{M}_\odot$。使用自旋效应的有效单体波形,我们表明,由于银行的离散性,这些信号的最大信噪比(SNR)的损失小于$3\%$,使用早期先进的LIGO噪声曲线。我们使用模拟先进的LIGO噪声来比较这个银行的敏感性,覆盖相同的参数空间的非旋转银行。在这样做时,我们考虑改进的SNR和基于信号的否决之间的竞争效应,以及由于覆盖更大的参数空间而导致的对齐自旋库的错误警报率的增加。我们发现,对齐的自旋银行可以是一个因素$1.3$ - $5$更敏感的比一个非自旋银行BBH无量纲自旋$> +0.6$和组件质量$\gtrsim 20\,\mathrm{…
2016-03-31 gr-qc
Investigating the effect of precession on searches for neutron-star-black-hole binaries with Advanced LIGO
第一次直接探测到中子星-黑洞双星可能是用引力波天文台。先进的LIGO和先进的Virgo将能够在900 Mpc的最大距离上观察中子星-黑洞合并。为了获得这种灵敏度,引力波搜索将依赖于使用一组滤波器波形,这些波形准确地模拟了预期的引力波信号。预计黑洞的角动量与轨道角动量相当。这种角动量将影响吸气系统的动力学,并改变发射的引力波信号的相位演化。此外,如果黑洞的角动量与轨道角动量不一致,它将导致系统的轨道平面进动。在这项工作中,我们证明,如果在引力波搜索中使用的波形模型中忽略黑洞的角动量的影响,$(10+1.4)M_{\odot}$中子星-黑洞系统的探测率将降低$33 - 37%$。这种测量的误差是由于后牛顿近似法的不确定性造成的,后牛顿近似法是用来模拟中子星-黑洞吸入螺旋双星的引力波信号的。我们描述了一种新的方法,用于创建一个银行的过滤器波形的黑洞具有非零的角动量,但与轨道角动量对齐。我们发现,利用这个库,$26-33%$将降低$(10+1.4)M_{\odot}$中子星黑洞系统的探测率。不会被检测到的系统是轨道平面的进动导致引力波信号与非进动滤波器波形匹配不良的系统。我们确定了这些系统发生的参数空间区域,并提出了寻找高进动中子星-黑洞双星的方法。
2014-05-20 astro-ph.CO gr-qc
Reduced basis catalogs for gravitational wave templates
我们介绍了一个新的范例,建模,表示和搜索的引力波的减少基础的方法。我们构造的波形目录为非自旋紧凑型二进制聚结,我们发现,为99%和99.999%的准确度的方法产生一个因素约$10-10^5$少模板比标准的位置方法。引力波的连续性可以用一个有限的、比较紧凑的基来表示。该方法在探测器噪声的变化下是鲁棒的,这意味着只需要生成单个目录。
2011-06-13 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Impact of Higher Harmonics in Searching for Gravitational Waves from Non-Spinning Binary Black Holes
目前对合并中的双黑洞(BBH)的引力波的搜索使用的模板只包括主谐波。在这项研究中,我们使用有效的一体多极波形校准数值相关性模拟量化的影响,忽略次主导谐波的灵敏度搜索。我们同时考虑了信噪比(SNR)和用于重新加权SNR的基于信号的否决权。我们发现,在高级LIGO中搜索具有组件质量$3\,M_{\odot} \leq m_1, m_2 \leq 200\,M_{\odot}$和总质量$M < 360\,M_{\odot}$的非自旋BBH时,忽略次主导模式会导致检测阈值处的重新加权SNR的可忽略不计的降低。因此,次主导模式对先进LIGO的预测探测率没有影响。此外,我们发现,如果次主导模式包括在模板中的搜索的灵敏度变得更糟,如果我们使用当前的搜索先验,由于虚警概率的增加。模板的权重需要不同于目前的做法,以补偿假警报的增加。如果我们分裂模板库,使得仅当$M \gtrsim 100\,M_{\odot}$和质量比$q \gtrsim 4$时使用次主导模式,我们发现对于这些中间质量比BBH,灵敏度确实提高,但是与这些系统相关联的灵敏体积与等质量系统相比仍然很小。因此,使用次主导模式不太可能大幅增加从非自旋BBH信号中检测到引力波的概率,除非宇宙中存在相对较大的中等质量比BBH。
2014-03-31 astro-ph.HE gr-qc
Effects of orbital eccentricity on continuous gravitational waveforms from triaxially deformed precessing neutron stars in tight binaries
本研究探讨轨道偏心率对紧密双星中三轴形变进动中子星连续引力波的影响,推广解析波形以纳入偏心率效应,发现其对动力学形成的双星不可忽略且可高精度测量,助力理解双中子星形成机制。
2025-02-08 astro-ph.HE gr-qc
Finding Supermassive Black Hole Binary Mergers in Pulsar Timing Array Data
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));Leibniz Universität Hannover(汉诺威莱布尼茨大学)
本文提出利用完整波形模型在脉冲星定时数组数据中搜索超大质量黑洞二元体合并,通过模拟数据验证了参数估计方法,并指出记忆效应的简化模型会导致偏误。
2026-04-16 astro-ph.HE gr-qc
Bayesian comparison of Post-Newtonian approximations of gravitational wave chirp signals
我们估计的概率探测到的引力波信号从合并紧凑的双星在模拟数据从地面干涉仪探测器的引力辐射使用贝叶斯模型选择。线性调频信号的模拟波形被假定为给定展开阶数的无自旋后牛顿(PN)波形,而搜索模板被假定为与模拟信号相同的后牛顿族或低于其后牛顿展开阶数的一个级别。在贝叶斯框架内,并通过应用可逆跳马尔可夫链蒙特卡罗模拟算法,我们比较PN1.5与PN2.0和PN3.0与PN3.5波形推导的检测概率,统计不确定性,由于噪声作为SNR的函数,和后验分布的参数。我们的分析表明,检测概率不妥协时,简化模型用于比较,而在确定这些信号的特征参数的准确性可以显着恶化,无论考虑后牛顿阶展开比较。
2007-12-11 gr-qc
An elliptical tiling method to generate a 2-dimensional set of templates for gravitational wave search
利用匹配滤波技术在噪声背景中搜索取决于未知参数的信号总是需要并行地利用多个模板对数据进行分析,以确保滤波器与真实波形之间的适当匹配。这种实现的关键特征是滤波器组的设计,滤波器组必须很小以限制计算成本,同时保持尽可能高的检测效率。本文提出了一种几何方法,它允许一组椭圆覆盖相应的物理参数空间,每个椭圆都与一个给定的模板。在描述了该算法的主要特点后,将其应用于引力波(GW)数据分析领域,搜索阻尼正弦信号。这种波形预计将在黑洞的去激发阶段产生--所谓的“衰荡”信号--在一些数值计算的超新星信号中也会遇到。
2003-01-14 gr-qc
Toward finding gravitational-wave signals from progenitors of short hard gamma-ray bursts and orphaned afterglows
随着多个观测站和任务正在计划探测与伽马射线暴(GRB)相关的孤儿余辉,我们强调了在先进探测器时代,在引力波(GW)探测器的数据中寻找其可能的对应信号的数据分析策略的重要性。这是特别有吸引力的,因为短硬伽马射线暴(SGRB)可能有紧凑的双星合并,涉及中子星(CBCNSs)作为其祖先,发射引力波。对这些天体的电磁(EM)和GW联合观测将丰富我们对它们的光束、能量学、银河系环境的理解,并揭示与它们相关的许多其他悬而未决的问题。在这里,我们认识到一些天体物理因素,决定什么比例的CBCNS源可以产生孤儿余辉。管道已经存在,目标的天空位置和时间发生的SGRB,从EM观测已知,以搜索其对应的GW探测器数据。修改它们以分析余辉检测过去GW数据中的长时间段,同时瞄准单个天空位置,可以从共同祖先中搜索GW。我们评估GW的可探测性的改善,从利用天空位置信息。我们还提出了一种方法,用于提高有针对性的搜索的GW信号的检测效率,从假定的CBCNS源的余辉和短伽马射线暴在探测器校准或CBCNS波形模型中使用的搜索中存在的错误。改进产生于在更宽的天空中搜索,即使当天空位置是准确地从EM观测已知的,并利用波形参数的误差的协方差与那些在天空位置。
2013-08-28 astro-ph.HE gr-qc
Template bank to search for exotic gravitational wave signals from astrophysical compact binaries
针对广义相对论(GR)模板库无法有效探测双中子星非GR信号的问题,提出一种结合三维晶格放置与随机方法的混合构建法,生成了约15倍于传统库的非GR模板库,有效提升了目标空间内非GR信号的探测能力。
2024-06-25 astro-ph.IM gr-qc
Searching for gravitational wave echoes from black hole binary events in the third observing run of LIGO, Virgo, and KAGRA collaborations
本研究在LIGO、Virgo和KAGRA的第三次观测运行中,使用简单和物理动机两种模板搜索黑洞双星并合事件的引力波回波,发现所有事件的p值分布与噪声一致,未发现显著回波信号。
2023-09-05 gr-qc
Source Tracking for Sco X-1
Sco X-1是最明亮的低质量X射线双星,可能是引力波发射源。在一种机制中,引力波的发射阻止了低质量X射线双星中由于吸积力矩而导致的自旋频率的增加。由于重力波形是未知的,因此优选假设没有信号的先验知识的检测方法。本文提出了一种基于相干网络分析的{ \it源跟踪}方法,用于寻找来自天蝎座X-1的引力波。在该方法中,我们结合了来自多个干涉引力波探测器的数据,考虑到Sco X-1的方向,并重建了两个偏振波形在Sco X-1的位置在天空中的Sco X-1是移动的。源跟踪方法开辟了搜索各种信号的可能性。我们进行蒙特卡罗模拟,并显示结果的突发,建模,短持续时间的周期源使用一个简单的过剩的功率和匹配滤波器的重建信号的方法。
2008-07-25 gr-qc
Mixing of gravitational wave echoes
引力波(GW)回波如果存在的话,将是对黑洞(BH)近视界量子结构的探测,这激发了在GW数据中寻找回波信号的研究。我们指出,与势结构有关的回波现象可能并不像预期的那样简单。特别是,如果BH的近地平线制度被建模为一个多障碍过滤器,后期GW振铃波形将表现出回波的混合,甚至叠加。因此,连续回波的幅度可能不会顺序下降。
2019-04-11 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Effects of spin-orbit coupling on gravitational waveforms from a triaxial non-aligned neutron star in a binary system
本文推导了包含自旋-轨道耦合效应的双星系统中非对齐三轴中子星的引力波解析近似,发现该效应可显著提高双星倾角和自旋进动锥开口角等参数的估计精度(最高提升3个数量级)。
2023-09-10 astro-ph.HE gr-qc
Searching for Gravitational Radiation from Binary Black Hole MACHOs in the Galactic Halo
激光干涉引力波天文台(LIGO)是新一代引力辐射探测器之一。1916年,爱因斯坦首次预言了引力辐射的存在,然而引力波还没有被直接观测到。引力辐射的一个来源是内旋双星。两个紧密的天体相互绕轨道运行,例如一对黑洞,会因引力辐射而失去能量。当系统失去能量时,物体会螺旋式地相互靠近。这导致它们的轨道速度和引力辐射量增加,在LIGO敏感波段产生特征性的“啁啾”波形。本论文利用LIGO观测数据的匹配滤波技术,在银河系周围的暗物质晕中寻找低质量双星系统。对大麦云星云中恒星引力微透镜事件的观测表明,晕中的一部分暗物质可能以大质量天体物理致密晕天体(MACHO)的形式存在。有人提出,在早期宇宙中形成的低质量黑洞可能是MACHO人口的一个组成部分;这些黑洞MACHO的一部分将在双星系统中,并可被LIGO探测到。由两个0.5太阳质量的黑洞组成的双星的螺旋进入LIGO敏感波段40 Hz左右。线性调频信号的幅度和频率增加,在140秒内扫过敏感频带至4400 Hz。利用微透镜事件的证据和理论预测的人口的上限被放置在星系晕中的黑洞O吸气率。
2007-05-10 gr-qc
Method to estimate ISCO and ring-down frequencies in binary systems and consequences for gravitational wave data analysis
最近在描述致密双星系统方面的进展产生了包括螺旋、合并和衰荡阶段的引力波形。将数值模拟的结果与后牛顿(PN)的结果以及相关的扩展进行比较,为在寻找引力波时在近合并时期采用PN波形提供了动力,并鼓励了对完整数值波形的分析拟合的发展。模型和模拟尚未覆盖完整的二元聚结参数空间。对于这些尚未模拟的区域,数据分析师仍然可以进行单独的螺旋搜索,合并搜索和振铃搜索。关于螺旋相位的结束、合并的开始和振铃频率的改进的知识可以增加相干螺旋合并振铃(IMR)搜索和分别在每个相位上的搜索的效率。通过最近提出的理论计算,可以获得对所有三种情况的洞察力,该理论计算得到了数值结果的证实,为合并后的黑洞的最终自旋提供了一个隐式公式,在一个大的参数空间内精确到10%以内。最后的自旋的知识允许一个预测的螺旋相位和准正规模式振铃频率的结束,并反过来提供有关合并的带宽和持续时间的信息。在这项工作中,我们将讨论这种计算对数据分析的一些影响。
2008-01-29 gr-qc
Parameterized Parity Violation in Gravitational Wave Propagation
提出一种研究引力波传播中宇称破坏的广义参数化方案,推导其与参数化后爱因斯坦形式的双向映射,并将现有观测约束转化为对新宇称破坏参数的限制。
2023-05-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Model-agnostic search of gravitational wave echoes in LVK data
Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS(杭州高等研究院);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences(高能物理研究所);School of Physics Sciences, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学物理科学学院);Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences(理论物理研究所);Center for High Energy Physics, Peking University(北京大学高能物理中心)
提出模型无关框架搜索引力波回波,通过广义相位边缘似然和陷波处理抑制噪声,在三个高信噪比事件中未发现回波,给出90%上限。
2026-06-11 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole-Boson Star Binaries: Gravitational Wave Signals and Tidal Disruption
University of Cambridge(剑桥大学);KU Leuven(荷语鲁汶大学);Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学);Caltech(加州理工学院)
研究黑洞-玻色星双星系统中引力波信号与潮汐破坏,探讨四次自相互作用和标量场溶iton势的影响,提出改进初值数据的方法,并分析不同标量势对辐射效率和潮汐破坏的抑制作用。
2026-10-06 gr-qc
Functional inference on deviations from General Relativity
本文提出GRANITA框架,利用高斯过程回归以非微扰、理论无关的方式推断引力波波形中依赖于源参数的广义相对论偏差,并验证其能探测和量化参数空间中的确定性及随机偏差,为强引力检验提供新方法。
2025-07-17 gr-qc hep-ph
A study of the Inspiral-Merger-Ringdown Consistency Test with gravitational-wave signals from compact binaries in eccentric orbits
本研究通过注入实验表明,偏心引力波信号在残余偏心率≥0.04时会导致准圆形波形下的IMRCT虚假违反,凸显了精确偏心波形模型在广义相对论检验中的必要性。
2024-07-18 astro-ph.HE gr-qc
Enhancing gravitational-wave burst detection confidence in expanded detector networks with the BayesWave pipeline
全球引力波探测器网络实现了更高的检测率,更好的参数估计,更准确的天空定位,随着探测器的数量,$\mathcal{I}$的增加。本文将网络性能量化为Bayes Wave的$\mathcal{I}$的函数,Bayes Wave是一种与源无关的基于小波的贝叶斯算法,可区分真实的天体物理信号和仪器故障。使用信号-毛刺贝叶斯因子$\mathcal{B}_{\mathcal{S},\mathcal{G}}$量化检测置信度。推导了$\mathcal{B}_{\mathcal{S},\mathcal{G}}$与$\mathcal{I}$、小波数目和网络信噪比SNR $_\text{net}$的分析标度,这通过在第四次观测运行(O 4)的预计灵敏度下注入Hanford-Livingston(HL)、Hanford-Livingston-Virgo(HLV)和Hanford-Livingston-KAGRA-Virgo(HLKV)网络的检测器噪声来经验地证实。经验和分析标度一致; $\mathcal{B}_{\mathcal{S},\mathcal{G}}$随$\mathcal{I}$增加。使用注入波形和恢复波形之间的重叠$\mathcal{O}_\text{net}$来量化波形重建的准确性。与使用HL网络的$81\%$相比,HLV和HLKV网络分别使用$\mathcal{O}_\text{net}>…
2021-02-22 gr-qc