[论文解读] An Overview of Gravitational-Wave Sources

Curt Cutler, Kip S. Thorne|ArXiv.org|Apr 30, 2002

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 7

一句话总结

本文全面综述了地面（如LIGO）和空间（如LISA）激光干涉仪可探测的引力波源，评估了其预期强度、探测率以及波形中蕴含的天体物理信息。研究指出，第二代LIGO探测器可使事件率提高约3,000倍，而LISA有望探测超大质量黑洞并合事件，并探测早期宇宙现象，如相变和宇宙弦。

ABSTRACT

We review current best estimates of the strength and detectability of the gravitational waves from a variety of sources, for both ground-based and space-based detectors, and we describe the information carried by the waves.

研究动机与目标

• 评估利用当前及计划中的探测器在高频与低频波段探测引力波源的可行性。
• 估算致密双星并合、超新星、中子星以及早期宇宙现象的源率与信号强度。
• 评估从引力波波形中可提取的天体物理信息，包括黑洞与中子星的性质。
• 比较不同频率波段中探测器的灵敏度，并为不同类型源识别最优探测策略。

提出的方法

• 使用第一代和第二代LIGO激光干涉仪的基准噪声曲线（LIGO-I、WB LIGO-II、NB LIGO-II）评估探测阈值与灵敏度。
• 应用致密双星并合、超新星及旋转中子星的理论波形与辐射模型，估算信号振幅。
• 评估来自银河系及河外双白矮星双星以及早期宇宙源的随机引力波背景。
• 分析LISA对低频源的灵敏度，包括超大质量黑洞并合事件及早期宇宙相变。
• 考虑脉冲星计时等替代探测方法在极低频波段的应用，以及宇宙微波背景极化在超低频波段的探测潜力。
• 评估探测器带宽与噪声抑制对探测率的影响，尤其对遥远河外源的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 第二代LIGO探测器对远距离河外致密双星并合事件的预期探测率是多少？
• RQ2 地面与空间探测器在不同引力波频率波段中的灵敏度如何比较？
• RQ3 从黑洞与中子星并合波形中可提取哪些天体物理信息？
• RQ4 LISA能否探测到宇宙暴胀或早期宇宙相变产生的原初引力波？
• RQ5 基于LISA的灵敏度，对宇宙弦张力及其他奇异早期宇宙源的限制是什么？

主要发现

• 具备超宽带运行能力的第二代LIGO激光干涉仪，可使遥远河外致密双星并合事件的探测率相比第一代探测器提高约3,000倍。
• LISA有望探测超大质量黑洞并合事件及致密天体向大质量黑洞的螺旋并合，且能保证探测到短周期银河系双星系统。
• LISA对双白矮星双星产生的随机引力波背景的灵敏度在低频段受限于Ω(f) ~ 10⁻¹⁰，这可能掩盖标准暴胀模型的原初信号。
• 若电弱相变为强一级相变，LISA可在10⁻⁴.⁵至10⁻³.⁵ Hz频段探测到引力波，其信号振幅可被识别。
• 张力μ < 10⁻¹³的宇宙弦可通过LISA探测其尾迹爆发（cusp和kink事件），为基本物理提供探测途径。
• 通过采用短LISA构型（臂长缩短100倍）及由9至12颗卫星组成的星座，后续任务可实现对暴胀引力波背景的灵敏探测（Ω ~ 10⁻¹⁶–10⁻¹⁵），从而可对暴胀模型进行直接检验。