[論文レビュー] Calibration of Advanced Virgo and Reconstruction of the Gravitational Wave Signal h(t) during the Observing Run O2

F. Acernese, T. Adams+281 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2018

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、O2期におけるAdvanced Virgoの校正と、レーザー波長を主参照基準とし、校正伝達法を用いた重力波信号 h(t) の再構築を提示する。信号の振幅と位相は、フォトダイオード校正器（PCal）による注入を用いて検証され、振幅不確かさは5.1%、位相不確かさは40 mradに達し、残存バイアスは将来的な改善のための系統的誤差に含められた。

ABSTRACT

In August 2017, Advanced Virgo joined Advanced LIGO for the end of the O2 run, leading to the first gravitational waves detections with the three-detector network. This paper describes the Advanced Virgo calibration and the gravitational wave strain h(t) reconstruction during O2. The methods are the same as the ones developed for the initial Virgo detector and have already been described in previous publications, this paper summarizes the differences and emphasis is put on estimating systematic uncertainties. Three versions of the h(t) signal have been computed for the Virgo O2 run, an online version and two post-run reprocessed versions with improved detector calibration and reconstruction algorithm. A photon calibrator has been used to establish the sign of h(t) and to make an independent partial cross-check of the systematic uncertainties. The uncertainties reached for the latest h(t) version are 5.1% in amplitude, 40 mrad in phase and 20 microseconds in timing.

研究の動機と目的

• O2期におけるAdvanced Virgoのミラー駆動装置および光学部品（BS、NE、WE、PR、マリオネット）の校正を、レーザー波長を基準として行う。
• 駆動信号をダークフリンジ信号から差し引くことで、重力波信号 h(t) を再構築する。
• 再構築された h(t) 信号における系統的不確かさを定量化・特徴づけ、正確な重力波パrameter推定を可能にする。
• 信号再構築の忠実度と不確かさを評価するため、再構築された h(t) をフォトダイオード校正器（PCal）による注入と比較して検証する。
• 今後のO3以降の高SNR検出を支援するため、校正不確かさをパcentレベルに低減する。

提案手法

• 干渉計のレーザー波長を主校正基準として、システムの伝達関数を固定する。
• 校正伝達手順を適用し、レーザー基準に基づく校正をミラー駆動装置および光学部品に伝達する。
• 既知の信号をフォトダイオード校正器（PCal）を通じて注入し、再構築された h(t) と比較して信号再構築の妥当性を検証する。
• PCal注入と再構築された h(t) 間の伝達関数に、2 kHzでノッチフィルタをフィットさせ、周波数依存応答をモデル化する。
• タイミング測定と位相測定からの誤差帯を用いて、振幅（5.1%）および位相（40 mrad）の不確かさを推定する。
• PCalおよびダークフリンジフォトダイオードからのタイミング遅延（±7 μs）をGPSタイミングで補正し、校正に組み込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 O2期におけるAdvanced Virgoで、駆動信号を用いて重力波信号 h(t) をどの程度正確に再構築できるか？
• RQ2 フォトダイオード校正器（PCal）による注入が、再構築された h(t) 信号の振幅と位相をどの程度検証できるか？
• RQ3 再構築された h(t) チャネルにおける系統的不確かさの主な要因は何か、そしてそれらはどのように定量化されるか？
• RQ4 PCalと標準的ミラー駆動装置校正との間で、h(t) 再構築における周波数依存偏差はどのように比較されるか？
• RQ5 今後のO3観測に備えて、校正不確かさをパーセントレベルに低減するにはどのような改善が必要か？

主な発見

• 再構築された h(t) 信号の振幅は、PCal注入と±4%の誤差帯内で一致し、相対的振幅校正が妥当であることが検証された。
• 再構築された h(t) 信号の位相は、±40 mradの不確かさ帯内にあり、タイミング不確かさが位相誤差予算に±7 μsの寄与を示した。
• h(t) 再構築における周波数依存偏差は、標準的ミラー駆動装置の校正と一致しており、信号再構築に実在のバイアスがあることが示された。
• PCal検証により、h(t) の正しい符号と位相が確認され、振幅応答のバイアスは系統的誤差として組み込まれた。
• 最新の再処理バージョンにおける校正不確かさは、振幅で5.1%、位相で40 mrad、タイミングで20 μsであった。
• 今後の作業では、改善された駆動装置校正、新しいニュートニアン校正器、および洗練された光学モデル化により、1パーセント未満の精度を達成する。