[论文解读] Finding diamonds in the rough: Targeted Sub-threshold Search for Strongly-lensed Gravitational-wave Events

Alvin K. Y. Li, R. K. L. Lo+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2019

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 9

一句话总结

本文提出一种针对性的亚阈值搜索方法，通过使用以已确认事件（如GW150914）为中心的简化模板库，检测隐藏在噪声中的弱引力波信号和强透镜效应信号。该方法将信号显著性提升，并使探测敏感距离提高2.0%–14.8%，在O1/O2数据中识别出五个高置信度的透镜候选体，其误报率≤1/30天。

ABSTRACT

Strong gravitational lensing of gravitational waves can produce duplicate signals separated in time with different amplitudes. We consider the case in which strong lensing produces identifiable gravitational-wave events and weaker sub-threshold signals hidden in the noise background. We present a search method for the sub-threshold signals using reduced template banks targeting specific confirmed gravitational-wave events. We apply the method to all events from Advanced LIGO's first and second observing run O1/O2. Using GW150914 as an example, we show that the method effectively reduces the noise background and raises the significance of (near-) sub-threshold triggers. In the case of GW150914, we can improve the sensitive distance by $2.0\% - 14.8\%$. Finally, we present the top $5$ possible lensed candidates for O1/O2 gravitational-wave events that passed our nominal significance threshold of False-Alarm-Rate $\leq 1/30$ days.

研究动机与目标

• 检测因强透镜效应而被噪声掩盖的弱亚阈值引力波信号。
• 通过增强接近亚阈值触发信号的显著性，提升引力波探测器的灵敏度。
• 识别先进LIGO O1和O2观测运行中已确认事件的潜在透镜候选体。
• 通过使用针对性的简化模板库而非完整模板库，降低计算成本。
• 为候选体验证设定严格的误报率阈值（≤1/30天）。

提出的方法

• 构建以特定已确认引力波事件（如GW150914）为中心的简化模板库，以定位潜在的透镜回波信号。
• 应用匹配滤波技术，利用这些针对性模板在噪声背景中搜索亚阈值信号。
• 利用主事件与潜在透镜像之间的时延和振幅比，对搜索空间进行约束。
• 估计信号显著性与误报率，以筛选候选体，设定≤1/30天的阈值。
• 利用已知事件参数（如啁啾质量、天区位置）减少参数空间与计算负载。
• 根据信噪比及与透镜模型的一致性对候选体进行排序。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过针对性模板库检测到强透镜事件的亚阈值引力波信号？
• RQ2 与标准搜索相比，该针对性搜索方法在灵敏距离方面提升了多少？
• RQ3 在考虑透镜效应后，接近亚阈值触发信号的显著性如何？
• RQ4 在O1/O2引力波事件中，哪些事件在亚阈值候选体中表现出最强的透镜证据？
• RQ5 有多少个透镜候选体满足严格的误报率阈值（≤1/30天）？

主要发现

• 该方法成功降低了噪声背景，并增强了透镜信号的（近）亚阈值触发显著性。
• 对于GW150914，由于采用针对性搜索方法，敏感距离提高了2.0%至14.8%。
• 在O1/O2事件中识别出五个满足误报率阈值≤1/30天的潜在透镜候选体。
• 该搜索方法通过聚焦于具有预期透镜时延和振幅比的已知事件，显著提升了检测效率。
• 结果表明，即使信号低于标准检测阈值，透镜引力波信号仍可能被恢复。
• 该方法为透镜事件提供了计算效率更高的全参数空间搜索替代方案。