[论文解读] Calibration of Advanced Virgo and Reconstruction of the Gravitational Wave Signal h(t) during the Observing Run O2

F. Acernese, T. Adams+281 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2018

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文介绍了在O2期间对Advanced Virgo的校准以及利用激光波长作为主要参考标准、通过校准传递方法重建引力波信号h(t)的过程。通过光电二极管校准器（PCal）注入验证了重建h(t)信号的幅度和相位，实现了5.1%的幅度不确定度和40 mrad的相位不确定度，同时识别出残余偏差并纳入系统误差以供未来改进。

ABSTRACT

In August 2017, Advanced Virgo joined Advanced LIGO for the end of the O2 run, leading to the first gravitational waves detections with the three-detector network. This paper describes the Advanced Virgo calibration and the gravitational wave strain h(t) reconstruction during O2. The methods are the same as the ones developed for the initial Virgo detector and have already been described in previous publications, this paper summarizes the differences and emphasis is put on estimating systematic uncertainties. Three versions of the h(t) signal have been computed for the Virgo O2 run, an online version and two post-run reprocessed versions with improved detector calibration and reconstruction algorithm. A photon calibrator has been used to establish the sign of h(t) and to make an independent partial cross-check of the systematic uncertainties. The uncertainties reached for the latest h(t) version are 5.1% in amplitude, 40 mrad in phase and 20 microseconds in timing.

研究动机与目标

• 在O2期间，使用激光波长作为参考标准，对Advanced Virgo中的镜面执行器及光学组件（BS、NE、WE、PR、marionette）进行校准。
• 通过从暗条纹信号中减去执行器控制信号，重建引力波信号h(t)。
• 量化并表征重建h(t)信号中的系统不确定度，以支持精确的引力波参数估计。
• 通过光电二极管校准器（PCal）注入验证重建h(t)，评估信号保真度与不确定度。
• 将未来O3及以后观测中的校准不确定度降低至百分之一量级。

提出的方法

• 使用干涉仪的激光波长作为主要校准标准，以锚定系统的传递函数。
• 应用校准传递程序，将基于激光的校准传播至镜面执行器及光学组件。
• 通过光电二极管校准器（PCal）注入已知信号，与重建的h(t)进行比较，以验证信号重建的准确性。
• 使用2 kHz处的陷波滤波器拟合PCal注入与重建h(t)之间的传递函数，以建模频率相关的响应特性。
• 通过定时和相位测量的误差带，估计幅度（5.1%）和相位（40 mrad）的不确定度。
• 考虑了PCal和暗条纹光电二极管的定时延迟（±7 μs），并通过GPS定时进行校准。

实验结果

研究问题

• RQ1 在O2期间，利用执行器控制信号，Advanced Virgo中引力波信号h(t)的重建精度如何？
• RQ2 光电二极管校准器（PCal）注入在多大程度上验证了重建h(t)信号的幅度和相位？
• RQ3 重建h(t)通道中的主要系统不确定度来源是什么，以及如何对其进行量化？
• RQ4 PCal与标准镜面执行器校准之间，h(t)重建的频率相关偏差有何差异？
• RQ5 为实现未来O3观测中校准不确定度降至百分之一量级，需要哪些改进？

主要发现

• 重建h(t)信号的幅度在±4%误差带内与PCal注入一致，验证了相对幅度校准的准确性。
• 重建h(t)信号的相位位于±40 mrad的不确定度带内，定时不确定度对相位误差预算的贡献为±7 μs。
• h(t)重建中的频率相关偏差与标准镜面执行器校准中观察到的结果一致，表明信号重建中存在真实偏差。
• PCal验证确认了h(t)的正确符号和相位，幅度响应中的偏差已作为系统不确定度纳入考虑。
• 最新重处理版本的校准不确定度为幅度5.1%、相位40 mrad，定时不确定度为20 μs。
• 未来工作将通过改进执行器校准、引入新型牛顿校准器以及优化光学建模，实现亚百分之一量级的精度。