[論文レビュー] Coincidence detection of broadband signals by networks of the planned interferometric gravitational wave detectors

B. Bhawal, Sanjeev Dhurandhar|ArXiv.org|Sep 22, 1995

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、計画的な干渉計重力波検出器ネットワーク（LIGO、VIRGO、GEO、AIGO、TAMA）が一致検出を用いて、広帯域信号検出をどのように向上させるかを調査している。パワー再利用されたLIGOとVIRGOに加え、デュアル再利用されたGEOとAIGOを組み合わせることで、LIGO単体ネットワークと比較して天の川のカバー範囲が3.2倍に拡大され、合体する二重星系およびバースト信号の検出感度と源の局所化精度が顕著に向上することが判明した。

ABSTRACT

We describe how the six planned detectors (2 LIGOs, VIRGO, GEO, AIGO, TAMA) can be used to perform coincidence experiments for the detection of broadband signals from either coalescing compact binaries or burst sources. We make comparisons of the achievable sensitivities of these detectors under different optical configurations and find that a meaningful coincidence experiment for the detection of coalescing binary signals can only be performed by a network where the LIGOs and VIRGO are operated in power recycling mode and other medium scale detectors are operated in dual recycling mode. For the model of burst waveform considered by us (i.e. uniform power upto 2000Hz), we find that the relative sensitivity of the power-recycled VIRGO is quite high as compared to others with their present design parameters and thus coincidence experiment performed by including VIRGO in the network would not be a meaningful one. We also calculate optimized values for the time-delay window sizes for different possible networks. The effect of filtering on the calculation of thresholds has also been discussed. We set the thresholds for different detectors and find out the volume of sky that can be covered by different possible networks and the corresponding rate of detection of coalescing binaries in the beginning of the next century. We note that a coincidence experiment of power-recycled LIGOs and VIRGO and dual-recycled GEO and AIGO can increase the volume of the sky covered by 3.2 times as compared with only the power-recycled LIGO detectors and by 1.7 times the sky covered by the power-recycled LIGO-VIRGO network. These values are far less than the range that can be covered by only the LIGO-VIRGO network with dual recycling operation at a later stage, but the accuracy in the determination of direction, distance and other source parameters will be much

研究の動機と目的

• 合体するコンact天体二重星系およびバースト源からの広帯域重力波信号を検出するためのマルチ検出器ネットワークの有効性を評価すること。
• 現実的な設計パrameterを前提に、パワー再利用モードとデュアル再利用モードの異なる検出器構成の感度を比較すること。
• さまざまなネットワーク組み合わせにおける一致検出の最適な時間遅延ウィンドウサイズを特定すること。
• 異なる光学的構成を持つ検出器を組み合わせることで、合体する二重星系の天の川カバー範囲および検出率がどの程度向上するかを定量化すること。
• フィルタリングおよびしきい値設定が検出性能および源のパラメータ推定精度に与える影響を評価すること。

提案手法

• マッチドフィルタリング技術を用いて、干渉計検出器における広帯域信号の信号対雑音比（SNR）をモデル化すること。
• パワー再利用およびデュアル再利用の異なる光学的構成下での各検出器（LIGO、VIRGO、GEO、AIGO、TAMA）の相対感度を計算すること。
• 各ネットワーク構成に最適化された、検出間の時間遅延に基づく一致ウィンドウを定義すること。
• 一致トリガーのための誤報率を低減し、しきい値選択を改善するためにフィルタリング技術を適用すること。
• 幾何学的および統計的モデルを用いて、各ネットワーク構成が監視可能な有効な天の川体積を推定すること。
• モンテカルロシミュレーションを用いて、2000年代初頭の合体二重星系の検出率を、ネットワーク感度および天の川カバー範囲に基づき推定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どの検出器の光学的構成の組み合わせが、広帯域重力波信号検出の感度を最大限に高めるか？
• RQ2 ネットワークにVIRGOを組み込むことで、特にパワー再利用モードで動作する場合に、全体の検出性能にどのような影響を与えるか？
• RQ3 さまざまな検出器ネットワーク構成において、一致検出の最適な時間遅延ウィンドウサイズは何か？
• RQ4 フィルタリングは、一致検出スキームにおけるしきい値設定および誤報率にどのように影響を与えるか？
• RQ5 マルチ検出器ネットワークは、単体または二検出器セットアップと比較して、天の川カバー範囲および検出率をどの程度向上させるか？

主な発見

• パワー再利用LIGOとVIRGOに加え、デュアル再利用GEOとAIGOを組み合わせたネットワークは、パワー再利用LIGO単体ネットワークと比較して、観測可能な天の川体積を3.2倍に拡大する。
• 現在の設計パrameterを前提にすると、パワー再利用VIRGO構成は他の検出器と比較して顕著に高い相対感度を示すが、これは意味的な一致検出においてあまり効果的ではないことを示している。
• 将来的にデュアル再利用動作を実施するLIGO-VIRGOネットワークは、現在の構成よりも顕著に大きな天の川体積をカバーできるが、本研究ではまだ実現していない。
• パワー再利用LIGOとVIRGOに加え、デュアル再利用GEOとAIGOを組み合わせることで、源の局所化精度と検出の信頼性が向上する。
• 最適化された時間遅延ウィンドウサイズはネットワーク構成によって異なり、感度が低い検出器では一致効率を維持するためにより大きなウィンドウが必要となる。
• ネットワークの拡大に伴い、特に相補的な感度と幾何学的配置を持つ検出器を組み合わせることで、合体二重星系の検出率が顕著に向上する。