[论文解读] Discrepancy in tidal deformability of GW170817 between the Advanced LIGO twins

Tatsuya Narikawa, N. Uchikata+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2018

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 2

一句话总结

本研究揭示了在GW170817事件中，Advanced LIGO的汉福德与利文斯顿探测器在潮汐可变形性估计上存在显著差异，其中汉福德探测器主导了联合LIGO-Virgo后验分布。分析表明，利文斯顿探测器的结果表现出不一致且不规则的频率依赖行为，提示潜在的噪声特性可能影响推断的准确性。

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.

研究动机与目标

• 调查Advanced LIGO两个探测器在GW170817事件中潮汐可变形性推断不一致的原因。
• 确定探测器特有的噪声特性是否导致双星潮汐可变形参数tilde{Lambda}的后验分布出现分歧。
• 评估在不同分析参数（尤其是数据使用最大频率）下，潮汐可变形性估计的稳定性。
• 评估在GW170817事件中，联合LIGO-Virgo网络推断中，一个探测器信号的主导程度。

提出的方法

• 使用嵌套采样引擎分析公开的GW170817数据，以对潮汐可变形性进行后验推断。
• 采用LALInference软件包中的TaylorF2波形模型来模拟引力波信号。
• 对单个中子星的潮汐可变形性施加平坦先验，以确保推断无偏。
• 分别使用汉福德、利文斯顿的数据以及LIGO-Virgo联合网络的数据，计算tilde{Lambda}的后验分布。
• 系统性地改变数据的最大频率，以测试利文斯顿探测器后验分布的稳定性。
• 为每种探测器和网络配置计算对称的90%可信区间，以量化不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何Advanced LIGO的汉福德与利文斯顿探测器对GW170817的潮汐可变形性后验分布结果不同？
• RQ2 在GW170817事件中，LIGO-Virgo网络后验分布在多大程度上由汉福德探测器的信号主导？
• RQ3 利文斯顿探测器的后验分布是否表现出对分析中使用最大频率的不规则依赖？
• RQ4 一个探测器中未建模的噪声特征是否可能解释观测到的潮汐可变形性推断差异？

主要发现

• 仅使用汉福德探测器数据时，tilde{Lambda}的90%可信区间为527^{+619}_{-345}，表明估计相对受限。
• 仅使用利文斯顿探测器数据时，得到更宽且偏移的区间927^{+522}_{-619}，表明不确定性更高，且可能对分析参数敏感。
• 联合LIGO-Virgo网络后验分布由汉福德探测器主导，结果为455^{+668}_{-281}，更接近汉福德的结果而非利文斯顿的结果。
• 当改变数据最大频率时，利文斯顿探测器的后验分布表现出不规则变化，而汉福德探测器的结果中未出现此类行为。
• 尽管存在差异，但三种估计结果——汉福德、利文斯顿及网络联合——在其各自不确定性范围内均统计一致。
• 研究结果表明，探测器特有的噪声特性可能正在影响潮汐可变形性推断，提示未来引力波事件需对此进行更深入调查。