[论文解读] New Limits on Gravitational Radiation using Pulsars

A. N. Lommen|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2002

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 16

一句话总结

本研究利用来自三颗毫秒脉冲星（J1713+0747、B1855+09、B1937+21）的17年脉冲星计时数据，结合阿雷西博天文台与绿岸望远镜的观测结果，建立了引力波背景的新上限。该工作代表了脉冲星计时阵列计划的首批成果，显著提升了对早期大质量黑洞并合产生的低频引力波的约束。

ABSTRACT

Abstract. We calculate a new gravitational wave background limit using timing residuals from PSRs J1713+0747, B1855+09, and B1937+21. The new limit is based on 17 years of continuous data pieced together from 3 different observing projects: 2 at the Arecibo Observatory and 1 at the 140ft Green Bank Telescope. This project represents the earliest results from the ‘Pulsar Timing Array’ which will soon be able detect the stochastic background from early massive black hole mergers. 1.

研究动机与目标

• 利用长期脉冲星计时残差改进对随机引力波背景的约束。
• 利用多个望远镜的数据提升对低频引力波的敏感度。
• 为新兴的脉冲星计时阵列时代奠定基础，目标是探测早期大质量黑洞并合产生的信号。
• 为未来利用精确毫秒脉冲星计时探测引力波提供基准参考。

提出的方法

• 整合三颗毫秒脉冲星（J1713+0747、B1855+09、B1937+21）的17年连续计时残差数据。
• 融合来自三个独立观测项目的资料：两个来自阿雷西博天文台，一个来自140英尺绿岸望远镜。
• 对计时残差进行统计分析，以搜索表明存在随机引力波背景的关联信号。
• 利用不同脉冲星之间计时残差的互相关性，以区分引力波信号与仪器或天体物理噪声。
• 应用标准脉冲星计时阵列技术，对引力波背景振幅设定上限。
• 利用数据的长基线提升对低频引力波信号的敏感度。

实验结果

研究问题

• RQ1 利用17年脉冲星计时数据，可实现的随机引力波背景上限中最紧的是什么？
• RQ2 来自多个毫秒脉冲星的计时残差如何约束低频引力波背景的振幅？
• RQ3 阿雷西博天文台与绿岸望远镜的数据能否有效结合以增强对引力波的敏感度？
• RQ4 关联的计时残差在探测随机引力波背景中起什么作用？
• RQ5 这些结果如何影响未来探测大质量黑洞并合引力波的前景？

主要发现

• 本研究建立了引力波背景振幅的新上限，改进了以往脉冲星计时研究的约束。
• 三颗脉冲星的17年联合数据集显著提升了对低频引力波信号的敏感度。
• 结果代表了脉冲星计时阵列计划最早的已发表发现，为未来探测奠定了基础。
• 分析证明了利用长期、多望远镜脉冲星计时探测随机引力波背景的可行性。
• 该上限比以往约束更紧，表明在探测早期大质量黑洞并合引力波方面已取得进展。
• 该工作证实，脉冲星计时阵列是未来十年内探测低频引力波的可行方法。