[論文レビュー] Gravitation Wave Emission from Radio Pulsars Revisited

T. Regimbau, J. A. de Freitas Pacheco|arXiv (Cornell University)|May 2, 2000

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、観測バイアスを補正するためのモンテカルロ集団合成を用いて、銀河系の電波パルサーからの重力波（GW）放射を再検討した。その結果、VIRGOで検出可能な連続的GWを放出可能な周期≤0.4 sのパルサーは5,100～7,800個にとどまり、平均非対称性ε = 10⁻⁶の場合は2件の検出が予想され、ε = 10⁻⁵では12～18件に増加する。ε < 10⁻⁶の場合は感度限界のため検出は期待できない。

ABSTRACT

We report a new pulsar population synthesis based on Monte Carlo techniques, aiming to estimate the contribution of galactic radio pulsars to the continuous gravitational wave emission. Assuming that the rotation periods of pulsars at birth have a Gaussian distribution, we find that the average initial period is 290 ms. The number of objects with periods equal to or less than 0.4 s, and therefore capable of being detected by an interferometric gravitational antenna like VIRGO, is of the order of 5100-7800. With integration times lasting between 2 and 3 yr, our simulations suggest that about two detections should be possible, if the mean equatorial ellipticity of the pulsars is $ε$ =10$^{-6}$. A mean ellipticity an order of magnitude higher increases the expected number of detections to 12-18, whereas for $ε&lt; 10^{-6}$, no detections are expected

研究の動機と目的

• 銀河系の電波パルサー調査における観測選択バイアスが、真の周期および距離分布に与える影響を是正すること。
• 干渉計アンテナ（VIRGOなど）で検出可能な連続的重力波放射への、銀河系電波パルサー集団の寄与を推定すること。
• 現実的な初期周期および非対称性分布に基づいて、検出可能なパルサーの期待数を決定すること。
• 現実的なパルサー集団パラメータおよび非対称性値を考慮した場合、VIRGOの検出感度閾値を評価すること。

提案手法

• 観測選択バイアスを組み込んだ、銀河系電波パルサーの誕生、進化、検出可能性を模擬するためのモンテカルロ集団合成を採用した。
• 周期の進化を磁気双極子減速モデルで模擬し、観測データに一致するように最適化されたガウス分布から初期周期を抽出した。
• 非対称性εの分布を仮定し、検出感度を評価するために10⁻⁶および10⁻⁵の値を主に検討した。
• 四極子公式を用いて各パルサーの重力波ひずみhを計算し、h ∝ εΩ²（Ωは角速度）の関係を適用した。
• 検出確率を推定するために、500回の独立実験で全平方ひずみおよび恒星周期の信号モodulationをシミュレートした。
• GBG97の信号対雑音比推定値を用い、VIRGOの検出感度閾値（2～3年間でh ≈ 10⁻²⁶）を決定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測バイアスを是正した場合、銀河系電波パルサーの初期回転周期の真の分布はどのようなものか？
• RQ2 周期≤0.4 sのパルサーのうち、VIRGO周波数帯で検出可能な連続的重力波を放出すると予想されるのは何個か？
• RQ3 異なる仮定された平均非対称性εの値に対して、検出可能なパルサーの期待数はどのくらいか？
• RQ4 パルサー集団からの全重力波信号は、VIRGO検出器の感度閾値と比べてどの程度か？
• RQ5 どのパルサーが重力波信号の主な寄与をしているのか？また、その空間的分布は信号の恒星周期モodulationにどのように影響するか？

主な発見

• パルサーの平均初期回転周期は290 msと推定され、以前の楽観的推定より顕著に長い。
• 周期≤0.4 sのパルサーで検出可能な連続的重力波を放出すると予想されるのは5,100～7,800個にとどまり、GBG97が仮定した140,000個よりもはるかに少ない。
• VIRGOの感度と2～3年間の積算を考慮すると、平均非対称性がε = 10⁻⁶の場合、約2個のパルサーが検出されると予想される。
• ε = 10⁻⁵の場合は検出数が12～18個に増加し、検出数が非対称性に強く依存することが示された。
• ε < 10⁻⁶の場合は、信号が現在の干渉計検出器の感度閾値を下回るため、検出は期待できない。
• 全平方ひずみがVIRGOの閾値を下回るが、ε ≥ 10⁻⁴の場合は上回る。しかしこの値は最近のトルク解析に基づくと極めて不自然とされる。