[論文レビュー] Search for gravitational waves associated with the August 2006 timing glitch of the Vela pulsar

J. Abadie, B. P. Abbott+499 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2011

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 44被引用数 74

ひとこと要約

本論文は、2006年8月のベラ・プルサーラーにおけるタイミングジャンプに関連する重力波の標的探索を、リーマン干渉計のデータを用いて行う。減衰正弦波波形を仮定した解析により、ジャンプ中における重力波エネルギーの上限が設定され、理論的予測の最も楽観的なものよりも2〜3桁大きな値であることが判明した。これは、将来的な高度な検出器が、より高い感度でこれらのエネルギーを探索可能であることを示している。

ABSTRACT

The physical mechanisms responsible for pulsar timing glitches are thought to excite quasinormal mode oscillations in their parent neutron star that couple to gravitational-wave emission. In August 2006, a timing glitch was observed in the radio emission of PSR B0833-45, the Vela pulsar. At the time of the glitch, the two colocated Hanford gravitational-wave detectors of the Laser Interferometer Gravitational-wave observatory (LIGO) were operational and taking data as part of the fifth LIGO science run (S5). We present the first direct search for the gravitational-wave emission associated with oscillations of the fundamental quadrupole mode excited by a pulsar timing glitch. No gravitational-wave detection candidate was found. We place Bayesian 90% confidence upper limits of 6.3×10⁻²¹ to 1.4×10⁻²⁰ on the peak intrinsic strain amplitude of gravitational-wave ring-down signals, depending on which spherical harmonic mode is excited. The corresponding range of energy upper limits is 5.0×10⁴⁴ to 1.3×10⁴⁵ erg.

研究の動機と目的

• 2006年8月のベラ・プルサーラーのタイミングジャンプと一致する重力波放射を検出すること。
• 特に星震動を伴うプルサーラーのジャンプが重力波を放射する可能性を検証すること。
• 観測されたタイミング挙動に基づき、ジャンプ中に放射された重力波エネルギーの上限を設定すること。
• 現在および将来的な重力波検出器の、このような一時的信号に対する感度を評価すること。
• 中性子星のジャンプからの重力波検出のための将来的な観測戦略を策定すること。

提案手法

• 一時的重力波信号を検出するために、減衰正弦波波形モデルを用いたマッチドフィルタリング手法を用いる。
• 解析は、ジャンプ発生時におけるリーマン・ハンフォードおよびリバーサイド観測所のデータを対象として実施される。
• 信号モデルは、中性子星におけるfモード振動と整合する特徴周波数および減衰時間を持つと仮定する。
• コherentネットワークトリガーを用いて複数の検出器のデータを統合し、感度を向上させる検出統計量を計算する。
• 観測データに基づく頻度主義的統計フレームワークを用いて、重力波エネルギーの上限を導出する。
• 理論的予測（10^38〜10^42 erg）と比較し、次世代検出器での検出可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LIGOデータを用いて、2006年8月のベラ・プルサーラーのジャンプから重力波を検出できるか？
• RQ2 減衰正弦波信号を仮定した場合、ジャンプ中に放射された重力波エネルギーの上限は何か？
• RQ3 現在のLIGOの感度上限は、ジャンプに起因する重力波放射の理論的予測と比較してどうか？
• RQ4 将来的な観測所でこのような信号を検出可能にするために、どの程度の感度向上が必要か？
• RQ5 星震動モデルによるプルサーラーのジャンプが、重力波検出によって観測的に確認可能か？

主な発見

• ベラ・プルサーラーのジャンプ期間中に顕著な重力波信号は検出されなかった。
• 90%信頼区間における重力波エネルギーの上限は、約10^42 ergの最も楽観的な理論的予測よりも2〜3桁大きい。
• 現在のLIGOの感度では、最も楽観的な理論的モデルを検出するには不十分であるが、高度化された検出器（advanced LIGO）では感度が2桁以上向上する見込みである。
• advanced LIGOは、理論的限界（10^42 erg）と同等の感度に達すると予想され、次の観測期には検出が可能になると予測される。
• Einstein Telescopeはさらに1桁の感度向上が見込まれ、エネルギーを約10^40 ergまで探査可能となり、検出の可能性をさらに高める。
• 結果として、次世代機器を用いたジャンプ誘発重力波の検出が現実可能であることが支持され、星震動モデルの観測的検証の可能性が示された。