[論文レビュー] Finding diamonds in the rough: Targeted Sub-threshold Search for Strongly-lensed Gravitational-wave Events

Alvin K. Y. Li, R. K. L. Lo+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2019

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、GW150914のような確認済みイベントを中心にした縮小されたテンプレートバンクを用いることで、ノイズ中に埋もれた弱い、レンズ効果を受ける重力波信号を検出する標的型サブスレッショルド探索手法を提案する。この手法により、信号の有意性が向上し、感度距離が2.0%〜14.8%向上し、O1/O2で5件の顕著なレンズ効果を受ける候補が特定された。誤報率は1日あたり1/30以下であった。

ABSTRACT

Strong gravitational lensing of gravitational waves can produce duplicate signals separated in time with different amplitudes. We consider the case in which strong lensing produces identifiable gravitational-wave events and weaker sub-threshold signals hidden in the noise background. We present a search method for the sub-threshold signals using reduced template banks targeting specific confirmed gravitational-wave events. We apply the method to all events from Advanced LIGO's first and second observing run O1/O2. Using GW150914 as an example, we show that the method effectively reduces the noise background and raises the significance of (near-) sub-threshold triggers. In the case of GW150914, we can improve the sensitive distance by $2.0\% - 14.8\%$. Finally, we present the top $5$ possible lensed candidates for O1/O2 gravitational-wave events that passed our nominal significance threshold of False-Alarm-Rate $\leq 1/30$ days.

研究の動機と目的

• ノイズ背景に埋もれた強くレンズ効果を受ける弱いサブスレッショルド重力波信号を検出すること。
• 近いサブスレッショルドトリガーの有意性を高めることで、重力波検出器の感度を向上させること。
• アドバンスドLIGOのO1およびO2観測期間中の確認済みイベントから、潜在的なレンズ効果を受ける候補を特定すること。
• 全テンプレートバンクではなく、標的型の縮小されたテンプレートバンクを用いることで計算コストを削減すること。
• 候補の検証に厳しい誤報率のしきい値（≤1/30日）を設定すること。

提案手法

• GW150914のような特定の確認済み重力波イベントを中心にした縮小されたテンプレートバンクを構築し、潜在的なレンズ効果を受けるエコーを標的とする。
• これらの標的型テンプレートを用いて、ノイズ背景におけるサブスレッショルド信号を照合フィルタリングで探索する。
• 主イベントと潜在的なレンズ像との間の時間遅れと振幅比を用いて、探索空間を制限する。
• 信号の有意性と誤報率を推定し、誤報率のしきい値を1日あたり1/30以下に設定して候補をフィルタリングする。
• 既知のイベントパラメータ（例：チルプ質量、天球位置）を活用して、パラメータ空間と計算負荷を削減する。
• 信号対雑音比とレンズモデルとの整合性に基づいて候補をランク付けする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強くレンズ効果を受けるイベントからのサブスレッショルド重力波信号は、標的型テンプレートバンクを用いて検出可能か？
• RQ2 標準的手法と比較して、標的型探索手法はどの程度感度距離を向上させるか？
• RQ3 レンズ効果を考慮した場合、近いサブスレッショルドトリガーの有意性はどの程度か？
• RQ4 O1/O2の重力波イベントの中で、サブスレッショルド候補としてレンズ効果の証拠が最も強いのはどれか？
• RQ5 誤報率しきい値≤1/30日を満たすレンズ効果を受ける候補はいくつ存在するか？

主な発見

• この手法はノイズ背景を効果的に低減し、レンズ効果を受ける信号のサブスレッショルド（近いサブスレッショルド）トリガーの有意性を高めた。
• GW150914では、標的型探索アプローチのおかげで感度距離が2.0%〜14.8%向上した。
• O1/O2のイベントから、誤報率しきい値≤1/30日を満たす5件の潜在的レンズ効果を受ける候補が特定された。
• 既知のイベントのレンズ効果に応じた時間遅れと振幅比を考慮した探索により、検出効率が向上した。
• 結果から、標準の検出しきい値を下回る場合でも、レンズ効果を受ける重力波信号は回復可能である可能性が示唆された。
• 全パラメータ空間探索の代替として、計算的に効率的な手法を提供した。