[论文解读] Search for gravitational waves associated with the August 2006 timing glitch of the Vela pulsar

J. Abadie, B. P. Abbott+499 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2011

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 44被引用 74

一句话总结

本文利用LIGO激光干涉仪的数据，针对2006年8月船帆座脉冲星的自转跳变事件，开展了针对性的引力波搜索。假设波形为阻尼正弦波，分析设定了该跳变期间辐射的引力波能量上限，结果表明其值比最乐观的理论预测高出2–3个数量级，表明未来的先进探测器有望以更高的灵敏度探测到此类能量。

ABSTRACT

The physical mechanisms responsible for pulsar timing glitches are thought to excite quasinormal mode oscillations in their parent neutron star that couple to gravitational-wave emission. In August 2006, a timing glitch was observed in the radio emission of PSR B0833-45, the Vela pulsar. At the time of the glitch, the two colocated Hanford gravitational-wave detectors of the Laser Interferometer Gravitational-wave observatory (LIGO) were operational and taking data as part of the fifth LIGO science run (S5). We present the first direct search for the gravitational-wave emission associated with oscillations of the fundamental quadrupole mode excited by a pulsar timing glitch. No gravitational-wave detection candidate was found. We place Bayesian 90% confidence upper limits of 6.3×10⁻²¹ to 1.4×10⁻²⁰ on the peak intrinsic strain amplitude of gravitational-wave ring-down signals, depending on which spherical harmonic mode is excited. The corresponding range of energy upper limits is 5.0×10⁴⁴ to 1.3×10⁴⁵ erg.

研究动机与目标

• 搜索与2006年8月船帆座脉冲星自转跳变事件相关的引力波辐射。
• 检验脉冲星跳变（尤其是涉及星体地震的跳变）可能辐射引力波的假设。
• 基于观测到的自转行为，建立跳变期间辐射的引力波能量上限。
• 评估当前及未来引力波探测器对这类瞬态信号的灵敏度。
• 为未来探测中子星跳变事件引力波提供观测策略指导。

提出的方法

• 采用匹配滤波技术，结合阻尼正弦波波形模型，以检测瞬态引力波信号。
• 分析基于LIGO汉福德和利文斯顿观测站在跳变时间窗口内的数据。
• 信号模型假设特征频率和衰减时间与中子星f模振荡一致。
• 通过相干网络触发器计算检测统计量，整合多个探测器的数据以提高灵敏度。
• 基于观测数据，采用频率学统计框架推导引力波能量的上限。
• 将研究结果与理论预测的10^38至10^42 erg进行比较，评估下一代探测器的可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用LIGO数据从2006年8月船帆座脉冲星跳变事件中探测到引力波？
• RQ2 在假设阻尼正弦波信号的前提下，跳变期间辐射的引力波能量上限是多少？
• RQ3 当前LIGO的灵敏度上限与跳变引发引力波辐射的理论预测相比如何？
• RQ4 未来天文台需要在灵敏度上实现哪些改进，才能探测到此类信号？
• RQ5 能否通过引力波探测，对脉冲星跳变的星体地震模型进行观测验证？

主要发现

• 在船帆座脉冲星跳变窗口期间未探测到显著的引力波信号。
• 在90%置信水平下，跳变期间辐射的引力波能量上限比最乐观的理论预测值（约10^42 erg）高出2–3个数量级。
• 当前LIGO的灵敏度不足以探测最乐观的理论模型，但像先进LIGO这样的先进探测器可将灵敏度提高两个多数量级。
• 先进LIGO预计将达到与10^42 erg理论极限相当的灵敏度水平，使在下个观测时代实现探测成为可能。
• 爱因斯坦望远镜进一步提升一个数量级的灵敏度，可探测至约10^40 erg的能量水平，显著增强探测前景。
• 结果支持下一代仪器探测跳变引发引力波的可行性，为星体地震模型提供潜在的观测检验途径。