[论文解读] Search for periodic gravitational radiation with the ALLEGRO gravitational wave detector

Evan Mauceli, M. McHugh+3 more|ArXiv.org|Jul 11, 2000

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 4

一句话总结

本研究利用1994年初ALLEGRO谐振棒探测器的数据，搜索银河系中心及球状星团47 Tucanae中旋转中子星的连续引力波信号。尽管未检测到信号，但分析设定了在约1 kHz频率附近、来自脉冲星自转降速的引力波辐射应变上限为$8\times10^{-24}$，表明即使计算资源有限且源位置未知，谐振探测器对连续波信号仍具有高灵敏度。

ABSTRACT

We describe the search for a continuous signal of gravitational radiation from a rotating neutron star in the data taken by the ALLEGRO gravitational wave detector in early 1994. Since ALLEGRO is sensitive at frequencies near 1 kHz, only neutron stars with spin periods near 2 ms are potential sources. There are no known sources of this typ e for ALLEGRO, so we directed the search towards both the galactic center and the globular clus ter 47 Tucanae. The analysis puts a constraint of roughly $8 imes 10^{-24}$ at frequencies near 1 kHz on the gravitational strain emitted from pulsar spin-down in either 47 Tucanae or the galactic center.

研究动机与目标

• 搜索高密度中子星区域（如银河系中心和47 Tucanae）中旋转中子星的连续引力波信号。
• 评估ALLEGRO谐振棒探测器对约1 kHz频率附近连续引力波信号的灵敏度。
• 在缺乏与探测器频带匹配的已知源的情况下，建立来自脉冲星自转降速的引力波应变上限。
• 评估多普勒频移和探测器噪声对谐振棒探测器中连续波信号检测的影响。
• 证明即使计算资源有限且源位置未知，谐振探测器仍具备开展连续波搜索的可行性。

提出的方法

• 使用ALLEGRO探测器（300 cm长的铝制棒，冷却至4.2 K，配备SQUID放大器）在约896.8 Hz和920.3 Hz的谐振频率下采集数据。
• 从SQUID电子设备获取的解调数据以125 Hz采样并存储，信号频率被下变频至约10 Hz用于分析。
• 采用匹配滤波技术，使用假设为稳定、不自转降速且频率和方向固定的源的信号模板。
• 分析中考虑了地球运动和探测器的响应模式，以模拟由源位置引起的频率和幅度调制。
• 将应变振幅归一化至均值以评估统计显著性，并将归一化功率谱与噪声分布进行比较，以识别潜在异常值。
• 对地球运动引起的多普勒频移进行建模，以解释银河系中心与47 Tucanae之间频率响应的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 像ALLEGRO这样的谐振棒探测器能否探测到银河系中心或47 Tucanae中孤立的、具有不对称性的中子星发出的连续引力波信号？
• RQ2 地球运动引起的多普勒频移如何影响对已知天体物理源的连续引力波信号检测？
• RQ3 在缺乏已知源匹配探测器频带的情况下，ALLEGRO探测器对来自脉冲星自转降速的引力波应变的灵敏度极限是多少？
• RQ4 非高斯噪声在多大程度上限制了谐振棒探测器中连续波搜索的性能？
• RQ5 是否可以利用应变振幅的统计分布来区分连续波搜索中的真实信号与探测器噪声？

主要发现

• 1994年头三个月的数据中未检测到任何引力波信号候选。
• 分析为银河系中心和47 Tucanae在约1 kHz频率附近的脉冲星自转降速引起的引力波应变振幅设定了上限$8\times10^{-24}$。
• 由于探测器的'+1'模态具有更高的品质因数，其应变上限更低，表明灵敏度更高。
• 由于多普勒频移的影响，银河系中心的观测频率响应相比47 Tucanae略微向更高频率偏移，且在观测期间银河系中心经历最大蓝移。
• 归一化应变谱中未发现异常值，表明在此灵敏度水平下，非高斯噪声并未显著影响连续波信号的检测。
• 结果表明，即使计算资源有限且源位置未知，谐振棒探测器仍能达到具有天体物理学意义的灵敏度水平。