[논문 리뷰] Discrepancy in tidal deformability of GW170817 between the Advanced LIGO twins

Tatsuya Narikawa, N. Uchikata외 5명|arXiv (Cornell University)|2018. 12. 14.

Pulsars and Gravitational Waves Research인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 GW170817에 대한 tidal deformability 추정치에서 Advanced LIGO Hanford와 Livingston 검출기 사이에 심각한 격리가 있음을 드러내며, 이는 공동 LIGO-Virgo 사후 분포에서 Hanford 검출기가 지배하고 있음을 시사한다. 분석 결과 Livingston의 결과에서 일관되지도 않고 비정상적인 주파수 의존성 행동이 나타나, 추론 정확도에 영향을 줄 수 있는 잠재적 소음 특성이 존재할 가능성이 제기된다.

ABSTRACT

We find that the Hanford and Livingston detectors of Advanced LIGO derive distinct posterior probability distribution of binary tidal deformability tilde{Lambda} of the first binary-neutron-star merger GW170817. By analyzing public data of GW170817 with a nested-sampling engine and the default TaylorF2 waveform provided by the LALInference package, the probability distribution of the binary tidal deformability derived by the LIGO-Virgo detector network turns out to be determined dominantly by the Hanford detector. Specifically, by imposing the flat prior on tidal deformability of individual stars, symmetric 90% credible intervals of tilde{Lambda} are estimated to be 527^{+619}_{-345} with the Hanford detector, 927^{+522}_{-619} with the Livingston detector, and 455^{+668}_{-281} with the LIGO-Virgo detector network. Furthermore, the distribution derived by the Livingston detector changes irregularly when we vary the maximum frequency of the data used in the analysis. This feature is not observed for the Hanford detector. While they are all consistent, the discrepancy and irregular behavior suggest that an in-depth study of noise properties might improve our understanding of GW170817 and future events.

연구 동기 및 목표

• GW170817에 대한 두 개의 Advanced LIGO 검출기 간의 tidal deformability 추론 불일치를 조사하기 위해.
• 검출기별 소음 특성이 이진 중성자별의 tidal deformability 매개변수 tilde{Lambda}의 다를 수 있는 사후 분포에 기여하는지 여부를 규명하기 위해.
• 특히 분석에 사용된 데이터의 최대 주파수에 따라 tidal deformability 추정치의 안정성을 평가하기 위해.
• GW170817의 공동 LIGO-Virgo 네트워크 추론에서 한 검출기의 신호가 어느 정도 지배적인지 평가하기 위해.

제안 방법

• 사후 추론을 위해 공개된 GW170817 데이터를 분석하기 위해 Nested-sampling 엔진을 사용하였다.
• 중력파 신호를 시뮬레이션하기 위해 LALInference 패키지의 TaylorF2 웨이브폼 모델을 사용하였다.
• 편향 없는 추론을 보장하기 위해 개별 중성자별의 tidal deformability에 대해 평탄한 사전 확률을 적용하였다.
• Hanford, Livingston, 그리고 통합된 LIGO-Virgo 네트워크의 데이터를 사용하여 tilde{Lambda}에 대한 별도의 사후 분포를 계산하였다.
• 데이터의 최대 주파수를 체계적으로 변화시켜 Livingston 검출기의 사후 분포 안정성을 테스트하였다.
• 각 검출기 및 네트워크 구성에 대해 대칭 90% 신뢰구간을 계산하여 불확실성을 정량화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Advanced LIGO의 Hanford와 Livingston 검출기가 왜 GW170817의 tidal deformability에 대해 다른 사후 분포를 도출하는가?
• RQ2 GW170817의 경우 LIGO-Virgo 네트워크 사후 분포가 어느 정도 Hanford 검출기의 신호에 의해 지배되는가?
• RQ3 Livingston 검출기의 사후 분포가 분석에 사용된 최대 주파수에 대해 비정상적인 의존성을 보이는가?
• RQ4 한 검출기에서 모델링되지 않은 소음 특성이 관측된 tidal deformability 추론 격리의 원인일 수 있는가?

주요 결과

• Hanford 검출기만으로 tilde{Lambda}에 대한 90% 신뢰구간이 527^{+619}_{-345}로 도출되어 상대적으로 제약된 추정치를 보였다.
• Livingston 검출기만으로는 더 넓고 이동된 구간 927^{+522}_{-619}가 도출되어 높은 불확실성과 분석 매개변수에 대한 민감성을 시사하였다.
• 통합된 LIGO-Virgo 네트워크 사후 분포는 Hanford 검출기에 의해 지배되며, 455^{+668}_{-281}로 Hanford 결과에 가까운 값을 보였다.
• Livingston 검출기의 사후 분포는 데이터의 최대 주파수를 변화시킬 때 비정상적인 변동을 보였으며, 이는 Hanford 검출기 결과에서는 관찰되지 않았다.
• 비록 격리가 있었지만, Hanford, Livingston, 네트워크의 세 추정치는 각각의 불확실성 범위 내에서 통계적으로 일치하였다.
• 결과는 검출기별 소음 특성이 tidal deformability 추론에 영향을 줄 수 있으며, 향후 중력파 임파ulse에 대해 더 깊이 있는 조사가 필요하다고 시사한다.