[논문 리뷰] GWTC-2.1: Deep Extended Catalog of Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo During the First Half of the Third Observing Run

The LIGO Scientific Collaboration, The Virgo Collaboration외 1430명|arXiv (Cornell University)|2021. 08. 02.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 243인용 수 196

한 줄 요약

이 논문은 LIGO와 Virgo가 O3의 전반부에서 탐지한 컴팩트 바디 코얼센스 이벤트의 목록을 더 깊은 검색과 재분석으로 확장하여 GWTC-2.1 확장 카탈로그를 제시합니다.

ABSTRACT

The second Gravitational-Wave Transient Catalog reported on 39 compact binary coalescences observed by the Advanced LIGO and Advanced Virgo detectors between 1 April 2019 15:00 UTC and 1 October 2019 15:00 UTC. We present GWTC-2.1, which reports on a deeper list of candidate events observed over the same period. We analyze the final version of the strain data over this period with improved calibration and better subtraction of excess noise, which has been publicly released. We employ three matched-filter search pipelines for candidate identification, and estimate the astrophysical probability for each candidate event. While GWTC-2 used a false alarm rate threshold of 2 per year, we include in GWTC-2.1, 1201 candidates that pass a false alarm rate threshold of 2 per day. We calculate the source properties of a subset of 44 high-significance candidates that have an astrophysical probability greater than 0.5. Of these candidates, 36 have been reported in GWTC-2. If the 8 additional high-significance candidates presented here are astrophysical, the mass range of events that are unambiguously identified as binary black holes (both objects $\geq 3M_\odot$) is increased compared to GWTC-2, with total masses from $\sim 14 M_\odot$ for GW190924_021846 to $\sim 182 M_\odot$ for GW190426_190642. The primary components of two new candidate events (GW190403_051519 and GW190426_190642) fall in the mass gap predicted by pair instability supernova theory. We also expand the population of binaries with significantly asymmetric mass ratios reported in GWTC-2 by an additional two events (the mass ratio is less than $0.65$ and $0.44$ at $90\%$ probability for GW190403_051519 and GW190917_114630 respectively), and find that 2 of the 8 new events have effective inspiral spins $χ_\mathrm{eff} > 0$ (at $90\%$ credibility), while no binary is consistent with $χ_\mathrm{eff} < 0$ at the same significance.

연구 동기 및 목표

• 제3 관측 주기(O3a)의 전반부에서 중력파 이벤트 카탈로그의 완전성 및 깊이를 개선하려는 동기.
• LIGO 및 Virgo 네트워크가 탐지한 컴팩트 바디 코얼센스의 더 깊고 더 포괄적인 목록을 제공한다.
• 강건한 모집단 및 천체물리적 추론을 가능하게 하도록 파라미터 추정과 선택 효과를 다듬는다.
• 확장된 GW 샘플을 통해 향후 다중 신호(멀티모달) 후속 관측 및 교차상관 연구를 촉진한다.

제안 방법

• 하위 임계값의 이벤트나 이전에 놓친 이벤트를 포함하기 위해 심층 검색 및 재분석 기법을 적용한다.
• LIGO 및 Virgo 검출기의 데이터를 통합하여 포괄적인 카탈로그를 구축한다.
• 확장된 데이터셋 전반에서 일관된 파라미터 추정 및 이벤트 검증을 수행한다.
• 모집단 추론을 지원하기 위한 선택 효과와 완전성을 특성화한다.
• 다운스트림 분석을 지원하기 위한 표준화된 메타데이터와 출처 정보를 제공한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 더 깊은 검색 방법을 사용할 때 제3 관측 주기의 전반부에 얼마나 많은 컴팩트 바디 코얼센스 이벤트가 존재하는가?
• RQ2 확장 카탈로그의 이벤트에 대한 업데이트된 소스 속성 추정치( 질량, 스핀, 거리 )는 무엇인가?
• RQ3 더 깊은 카탈로그가 LIGO와 Virgo가 관측한 합병의 모집단 추론 및 이벤트 비율 추정에 어떤 변화를 가져오는가?
• RQ4 이전 릴리스와 비교한 GWTC-2.1 카탈로그의 선택 효과와 완전성 특성은 무엇인가?
• RQ5 확장된 카탈로그가 향후 다중 신호(multi-messenger) 및 후속 연구를 어떻게 지원할 수 있는가?

주요 결과

• GWTC-2.1은 LIGO와 Virgo가 O3a에서 탐지한 컴팩트 바디 코얼센스의 더 깊고 확장된 카탈로그를 제공한다.
• 본 논문은 이전 카탈로그들보다 더 넓은 이벤트 집합과 정제된 파라미터 추정치를 한데 모은다.
• 확장된 카탈로그는 더 깊은 검색을 고려함으로써 모집단 및 비율 추론을 보다 강건하게 가능하게 한다.
• 이 연구는 재현성과 다운스트림 사용을 위한 일관된 검증 및 메타데이터의 중요성을 강조한다.
• 이 카탈로그는 중력파 천문학에서 다중신호 후속 관측 및 교차-메신저 연구를 위한 자원으로 기능한다.