一种用于长时瞬变引力波搜索的半相干重采样方法及其在亚太阳质量原初黑洞双星中的应用
A semicoherent resampling method for long-transient gravitational wave searches with applications to subsolar-mass primordial black-hole binaries
- The Australian National University（澳大利亚国立大学）
- INFN, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）
- Universitat de les Illes Balears（巴利阿里群岛大学）
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AI总结：
本文提出基于非均匀快速傅里叶变换（NUFFT）的重采样方法，用于长时瞬变引力波搜索，速度提升可达两个数量级，并在亚太阳质量原初黑洞双星旋进信号搜索中验证其高效性，视界距离覆盖银河系中心乃至仙女座星系。
AI中文摘要：
重采样可以去除频率演化信号的建模相位演化，将其转换为单色信号。我们引入了一种新颖的实现方法，用于长时瞬变引力波搜索，该方法使用第一类非均匀快速傅里叶变换（NUFFT）来评估重采样数据的傅里叶谱。根据相干长度、采样率和所需精度的不同，该实现方法比某些先前实现快可达两个数量级。为展示其应用，我们使用该方法对来自亚太阳质量原初黑洞双星的长时间旋进信号进行了半相干搜索基准测试。在搜索频率范围$40$--$60\\,\mathrm{Hz}$、啁啾质量$5\times10^{-4}$--$10^{-1}\\,M_\odot$、相干时长$30\\,\mathrm{s}$以及现实计算成本的条件下，所估计的视界距离在所考虑的所有参数空间内都超过银河系中心，并且在啁啾质量高于约$2\times10^{-2}M_\odot$时超过仙女座星系。这些结果确立了基于NUFFT的重采样方法作为一种计算高效且广泛适用的方法，用于搜索建模的、频率演化的引力波信号。
英文摘要：
Resampling removes the modeled phase evolution of a frequency-evolving signal, transforming it into a monochromatic one. We introduce a novel implementation for long-transient gravitational-wave searches that evaluates the Fourier spectrum of the resampled data using a type-I non-uniform fast Fourier transform (NUFFT). This implementation can be up to two orders of magnitude faster than some previous implementations, depending on coherent length, sampling rate, and desired accuracy. To demonstrate its application, we benchmark the method with a semicoherent search for long-duration inspiral signals from subsolar-mass primordial black hole binaries. For a search over $40$--$60\,\mathrm{Hz}$ and chirp masses of $5\times10^{-4}$--$10^{-1}\,M_\odot$, with a coherent duration of $30\,\mathrm{s}$ and a realistic computing cost, the estimated horizon distance exceeds the Galactic Center for all of the parameter space considered and exceeds Andromeda for chirp masses above approximately $2\times10^{-2}M_\odot$. These results establish NUFFT-based resampling as a computationally efficient and broadly applicable approach for searches for modeled, frequency-evolving gravitational-wave signals.
