[论文解读] Sources of gravitational radiation and prospects for their detection

Éanna É. Flanagan|ArXiv.org|Apr 7, 1998

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 9被引用 4

一句话总结

本文综述了地面（LIGO/VIRGO/GEO）和空间（LISA）激光干涉仪可探测的引力辐射潜在来源，覆盖从10 Hz到1 Hz的频率范围。文章概述了这些信号的天体物理起源、探测可提取的信息，以及在即将到来的观测窗口中观测瞬变源和连续波源的前景。

ABSTRACT

In the coming decade, the LIGO/VIRGO/GEO network of ground-based kilometer-scale laser interferometer gravitational wave detectors will open up a new astronomical window on the Universe: gravitational waves in the frequency band 10 to 10^4 Hz. In addition, if the proposed, 5 million kilometer long, space based interferometer LISA flies, another window will be opened in the frequency band 10^(-4) to 1 Hz. I review the various possible sources that might be detected in these frequency bands, and the information that might be obtainable from observed sources. This article closely parallels my talk at the GR15 conference, but is updated to include discussions of some recent developments.

研究动机与目标

• 识别并分类预计在LIGO/VIRGO/GEO和LISA可访问频带内发射可探测引力辐射的主要天体物理源。
• 评估从引力波探测中可提取的科学信息，包括源参数和天体物理洞见。
• 更新并扩展早期关于引力波源的讨论，纳入截至1998年的最新进展，特别是与GR15会议相关的内容。
• 全面概述下一代引力波探测器的预期探测能力与科学回报。

提出的方法

• 基于辐射特性，将引力波源系统性地划分为瞬变源和连续波源两类。
• 利用匹配滤波技术，分析致密双星并合（如黑洞和中子星双星）的波形与信噪比。
• 采用能量密度和功率谱模型，评估随机背景源（包括宇宙学和天体物理起源）的特性。
• 评估由于非轴对称形变而发射引力波的孤立中子星的可探测性。
• 使用理论模板和信噪比估计，推导LIGO/VIRGO和LISA的探测阈值与灵敏度曲线。
• 整合截至1998年的探测器设计与观测策略最新进展，特别是与LISA任务概念相关的内容。

实验结果

研究问题

• RQ1 在地面探测器可覆盖的10 Hz至10^4 Hz频带内，哪些类型的天体物理系统预计会发射可探测的引力波？
• RQ2 致密双星并合的波形与信号强度如何随质量、自旋和方向变化，从中可提取哪些信息？
• RQ3 快速旋转且发生形变的中子星发射连续引力波信号的探测前景如何？
• RQ4 随机引力波背景的预期振幅与频谱形状是什么？如何将其与仪器噪声区分开来？
• RQ5 LISA在10^-4 Hz至1 Hz频带内的灵敏度将如何使其能够探测大质量黑洞双星并合与极端质量比旋近事件？

主要发现

• 致密双星并合，特别是黑洞与中子星双星，由于其强信号且波形模型良好，是地面探测器最有望探测的源之一。
• LISA预计能以高信噪比探测大质量黑洞双星并合与极端质量比旋近事件，从而实现对质量与自旋参数的精确测量。
• 具有非轴对称形变的孤立中子星可能发射连续引力波，但其探测需要长时间积分与高灵敏度。
• 宇宙学与天体物理过程产生的随机引力波背景，可能通过先进积分与互相关技术实现探测。
• 本文估计，地面探测器每年可探测数十至数百起双星并合事件，具体取决于源演化与探测器灵敏度。
• LIGO/VIRGO/GEO与LISA的联合观测将提供引力波天空的多波段视图，推动多信使与多波段天体物理学研究。