[论文解读] Gravitation Wave Emission from Radio Pulsars Revisited

T. Regimbau, J. A. de Freitas Pacheco|arXiv (Cornell University)|May 2, 2000

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 3被引用 4

一句话总结

本研究利用蒙特卡洛群体合成方法，校正观测偏差，重新审视银河系射电脉冲星的引力波（GW）辐射。结果表明，仅有5,100至7,800颗自转周期≤0.4秒的脉冲星能够向VIRGO探测器发射可探测的连续引力波，当平均椭球度ε = 10⁻⁶时预计可探测到2个信号，若ε = 10⁻⁵则增至12至18个；当ε < 10⁻⁶时则因灵敏度限制而无法探测到任何信号。

ABSTRACT

We report a new pulsar population synthesis based on Monte Carlo techniques, aiming to estimate the contribution of galactic radio pulsars to the continuous gravitational wave emission. Assuming that the rotation periods of pulsars at birth have a Gaussian distribution, we find that the average initial period is 290 ms. The number of objects with periods equal to or less than 0.4 s, and therefore capable of being detected by an interferometric gravitational antenna like VIRGO, is of the order of 5100-7800. With integration times lasting between 2 and 3 yr, our simulations suggest that about two detections should be possible, if the mean equatorial ellipticity of the pulsars is $ε$ =10$^{-6}$. A mean ellipticity an order of magnitude higher increases the expected number of detections to 12-18, whereas for $ε&lt; 10^{-6}$, no detections are expected

研究动机与目标

• 校正脉冲星巡天中因观测选择效应导致的真实自转周期与距离分布偏差。
• 估算银河系射电脉冲星群体对激光干涉仪如VIRGO可探测的连续引力波辐射的贡献。
• 基于现实的初始自转周期与椭球度分布，确定可探测脉冲星的预期数量。
• 在考虑现实脉冲星群体参数与椭球度值的前提下，评估VIRGO探测器的可探测性阈值。

提出的方法

• 采用蒙特卡洛群体合成方法，模拟银河系射电脉冲星的诞生、演化及其可探测性，同时整合观测选择效应。
• 使用磁偶极制动模型模拟自转周期演化，初始周期从经优化以匹配观测数据的高斯分布中抽取。
• 假设脉冲星椭球度ε的分布，重点测试10⁻⁶与10⁻⁵两个值以评估探测灵敏度。
• 利用四极矩公式计算每个脉冲星的引力波应变h，其中h ∝ εΩ²，Ω为角速度。
• 通过500次独立实验模拟总应变平方与信号的恒星调制，以估计探测概率。
• 应用GBG97提供的信噪比估计，确定VIRGO探测器的可探测性阈值（h ≈ 10⁻²⁶，积分时间2–3年）。

实验结果

研究问题

• RQ1 银河系射电脉冲星的初始自转周期真实分布是什么？是否已校正观测偏差？
• RQ2 在VIRGO频段内，预计有多少颗自转周期≤0.4秒的脉冲星会发射可探测的连续引力波？
• RQ3 对于不同假设的平均椭球度ε值，可探测脉冲星的预期数量是多少？
• RQ4 脉冲星群体的总引力波信号与VIRGO探测器的灵敏度阈值相比如何？
• RQ5 哪些脉冲星主导了引力波信号？其空间分布如何影响信号的恒星调制？

主要发现

• 脉冲星的平均初始自转周期估计为290毫秒，显著长于以往的乐观估计。
• 仅有5,100至7,800颗自转周期≤0.4秒的脉冲星预计能发射可探测的连续引力波，远少于GBG97假设的140,000颗。
• 在VIRGO探测灵敏度及2至3年积分时间下，若平均椭球度ε = 10⁻⁶，则预计可探测到约2颗脉冲星。
• 当ε = 10⁻⁵时，预计探测数量增至12至18颗，表明探测结果对椭球度高度敏感。
• 当ε < 10⁻⁶时，预计无法探测到任何信号，因信号低于当前激光干涉仪探测器的阈值。
• 除非ε ≥ 10⁻⁴，否则群体总应变平方低于VIRGO探测阈值，而该值基于近期扭矩分析被认为极不可能。