[논문 리뷰] Coincidence detection of broadband signals by networks of the planned interferometric gravitational wave detectors

B. Bhawal, Sanjeev Dhurandhar|ArXiv.org|1995. 09. 22.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 계획된 간섭계 중력파 탐지기 네트워크(LIGO, VIRGO, GEO, AIGO, TAMA)가 공진 조건 검출을 통해 광대역 신호 탐지를 어떻게 향상시킬 수 있는지 조사한다. 연구 결과, 파wer-재활용 LIGO와 VIRGO에 더해 이중-재활용 GEO와 AIGO를 조합할 경우, LIGO 단독 네트워크 대비 하늘 영역 커버리지가 3.2배 향상되며, 이는 공진하는 이진 시스템과 버스트 신호에 대한 탐지 민감도와 소스 정위치 결정 정확도를 크게 향상시킨다.

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

연구 동기 및 목표

• 공진하는 밀집 이진 시스템과 버스트 소스로부터 온 광대역 중력파 신호를 탐지하기 위한 다중 탐지기 네트워크의 효과성을 평가하기 위해.
• 실제 설계 파rameter를 바탕으로, 파워-재활용 대비 이중-재활용 모드의 다양한 탐지기 구성에 따른 민감도를 비교하기 위해.
• 다양한 네트워크 조합에 걸쳐 공진 조건 검출을 위한 최적의 시간 지연 윈도우 크기를 결정하기 위해.
• 다른 광학 구성이 적용된 탐지기 조합을 통합할 경우, 공진하는 이진 시스템에 대한 하늘 영역 커버리지와 탐지율 향상 정도를 정량화하기 위해.
• 필터링 및 임계값 설정이 탐지 성능과 소스 파rameter 추정 정확도에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 일치 필터링 기법을 사용하여 간섭계 탐지기 내 광대역 신호의 신호 대 잡음비(SNR)를 모델링하기 위해.
• 파워 재활용 및 이중 재활용을 포함한 다양한 광학 구성에서 각 탐지기(LIGO, VIRGO, GEO, AIGO, TAMA)의 상대적 민감도를 계산하기 위해.
• 각 네트워크 구성에 최적화된 탐지 간 시간 지연을 기반으로 공진 윈도우를 정의하기 위해.
• 공진 트리거의 임계값 설정을 향상시키고 거짓 경고율을 감소시키기 위해 필터링 기법을 적용하기 위해.
• 기하학적 및 통계적 모델을 사용하여 각 네트워크 구성이 모니터링할 수 있는 효과적 하늘 영역 부피를 추정하기 위해.
• 2000년대 초반 공진하는 이진 시스템의 탐지율을 추정하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광대역 중력파 신호 탐지에 있어 민감도를 최대화하는 탐지기 광학 구성의 조합은 무엇인가?
• RQ2 파워-재활용 모드에서 운영되는 VIRGO를 네트워크에 포함할 경우 전체 탐지 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 다양한 탐지기 네트워크 구성에 걸쳐 공진 조건 검출을 위한 최적의 시간 지연 윈도우 크기는 무엇인가?
• RQ4 필터링은 공진 조건 검출 체계에서 임계값 설정과 거짓 경고율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 단일 또는 이중 탐지기 설정 대비 다중 탐지기 네트워크가 하늘 영역 커버리지와 탐지율을 얼마나 향상시키는가?

주요 결과

• 파워-재활용 LIGO와 VIRGO에 더해 이중-재활용 GEO와 AIGO를 조합한 네트워크는 파워-재활용 LIGO 단독 네트워크 대비 관측 가능한 하늘 영역 부피를 3.2배 증가시킨다.
• 현재 설계 파ram터 하에서 파워-재활용 VIRGO 구성은 다른 탐지기들보다 상대적으로 민감도가 현저히 높아 의미 있는 공진 조건 검출에 덜 효과적이다.
• 후기 단계에서 이중-재활용 작동을 하는 LIGO-VIRGO 네트워크는 현재 구성보다 훨씬 더 큰 하늘 영역 부피를 커버할 수 있으나, 이 연구에서는 아직 실현되지 않았다.
• 파워-재활용 LIGO와 VIRGO 네트워크에 이중-재활용 GEO와 AIGO를 포함시킬 경우 소스 정위치 결정 정확도와 탐지 신뢰도가 향상된다.
• 최적화된 시간 지연 윈도우 크기는 네트워크 구성에 따라 달라지며, 민감도가 낮은 탐지기의 경우 공진 효율을 유지하기 위해 더 큰 윈도우가 필요하다.
• 네트워크 확장에 따라 공진하는 이진 시스템의 탐지율이 크게 증가하며, 특히 상호 보완적인 민감도와 기하학적 배치를 가진 탐지기를 조합할 경우 뚜렷한 향상이 이루어진다.