[논문 리뷰] The GstLAL Search Analysis Methods for Compact Binary Mergers in Advanced LIGO's Second and Advanced Virgo's First Observing Runs

S. Sachdev, Sarah Caudill외 27명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 24.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 2인용 수 38

한 줄 요약

이 논문은 LIGO의 O2 동안 및 Virgo의 첫 관측 런 동안 가깝은 질량쌍 합성의 중력파를 탐지하기 위한 GstLAL 파이프라인 업데이트를 다루며, 지연(latency) 감소, Virgo 통합, 단일 탐지기 처리, 확장된 매개변수 공간, 그리고 향상된 배경 모델링을 포함합니다.

ABSTRACT

After their successful first observing run (September 12, 2015 - January 12, 2016), the Advanced LIGO detectors were upgraded to increase their sensitivity for the second observing run (November 30, 2016 - August 26, 2017). The Advanced Virgo detector joined the second observing run on August 1, 2017. We discuss the updates that happened during this period in the GstLAL-based inspiral pipeline, which is used to detect gravitational waves from the coalescence of compact binaries both in low latency and an offline configuration. These updates include deployment of a zero-latency whitening filter to reduce the over-all latency of the pipeline by up to 32 seconds, incorporation of the Virgo data stream in the analysis, introduction of a single-detector search to analyze data from the periods when only one of the detectors is running, addition of new parameters to the likelihood ratio ranking statistic, increase in the parameter space of the search, and introduction of a template mass-dependent glitch-excision thresholding method.

연구 동기 및 목표

• Advanced LIGO의 두 번째 관측 런(O2)과 Advanced Virgo의 첫 관측 런에 대해 구현된 GstLAL-기반 인스파이럴 파이프라인의 업그레이드를 설명한다.
• 제로-레이턴시 화이트닝으로 지연이 어떻게 감소했는지와 Virgo 데이터가 어떻게 도입되었는지를 설명한다.
• 감도와 배경 추정치를 개선하기 위한 템플릿 뱅크 구성, 데이터 컨디셔닝, 그리고 가능도비(statistic) 통계의 변경사항의 개요를 제시한다.

제안 방법

• 1–399 Msun 총 질량 및 질량비 97.989까지를 포함하는 GR-기반 웨이브폼 템플릿 뱅크를 이용한 매치필터링.
• 흰색화된 데이터와 템플릿을 이용한 시간 영역 SNR 계산, 시간 및 위상에 대해 최대화를 수행.
• 계산 효율성을 위한 특이값 분해를 이용한 LLOID 유사 축소 필터 세트의 사용.
• 실제 신호와 글리치 구분을 위한 xi^2를 이용한 신호 일관성 테스트.
• 후보를 순위 매기기 위한 다차원 가능도-비 통계의 구성과 몬테카를로 샘플링을 통한 배경 추정.
• O2에서 단일 탐지기 이벤트 처리가 포함되었고, PDF를 계산하기 위한 SNR–xi^2 이진화의 업데이트로 허위경보 확률을 계산.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 템플릿 뱅크 구성 및 이항화(bin)을 포함한 업데이트가 O2에서의 배경 추정 및 검색 민감도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 제로-레이턴시 화이트닝과 데이터 컨디셔닝이 온라인 검색 지연과 거짓 경보율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 단일 탐지기 트리거를 순위 통계 및 배경 모델에 어떻게 포함시켜야 하는가?
• RQ4 O2 기간 동안 Virgo 데이터를 도입하는 것이 탐지 효율성과 매개변수 추정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 확대된 고질량 영역의 템플릿 뱅크에서 노이즈를 더 잘 모델링하도록 가능도-비 프레임워크를 어떻게 적응시킬 수 있는가?

주요 결과

• 제로-레이턴시 화이트닝 필터는 O1과 비교해 온라인 파이프라인 지연을 약 40초 줄인다.
• Virgo 데이터를 포함하고 단일 탐지기 분석을 가능하게 함으로써 O2 기간 온라인 검색 능력이 확장되었다.
• 템플릿 뱅크가 2–400 Msun 총 질량으로 확대되었고, 고질량 구간의 배경 추정을 개선하기 위해 템플릿 지속시간에 기반한 수정된 고질량 그룹화를 사용하였다.
• chirp mass의 함수로서의 글리치에 대한 선형 게이팅 체계가 고질량 신호 회복을 희생하지 않으면서 글리치를 더 효과적으로 제거한다.
• 가능도-비 통계와 그 이진화(rho–xi^2 PDFs)가 단일 탐지기 트리거와 가변 탐지기 참여를 반영하도록 업데이트되어, O2 전반에 걸쳐 강건한 FAP 추정이 가능해졌다.