[论文解读] The GstLAL Search Analysis Methods for Compact Binary Mergers in Advanced LIGO's Second and Advanced Virgo's First Observing Runs

S. Sachdev, Sarah Caudill+27 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2019

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 83

一句话总结

本论文描述了 GstLAL 管道在 LIGO 的第二次观测运行 O2 和 Virgo 的第一次观测运行中用于检测紧凑双星并合的更新，包括时延降低、数据处理改进以及参数空间扩展。

ABSTRACT

After their successful first observing run (September 12, 2015 - January 12, 2016), the Advanced LIGO detectors were upgraded to increase their sensitivity for the second observing run (November 30, 2016 - August 26, 2017). The Advanced Virgo detector joined the second observing run on August 1, 2017. We discuss the updates that happened during this period in the GstLAL-based inspiral pipeline, which is used to detect gravitational waves from the coalescence of compact binaries both in low latency and an offline configuration. These updates include deployment of a zero-latency whitening filter to reduce the over-all latency of the pipeline by up to 32 seconds, incorporation of the Virgo data stream in the analysis, introduction of a single-detector search to analyze data from the periods when only one of the detectors is running, addition of new parameters to the likelihood ratio ranking statistic, increase in the parameter space of the search, and introduction of a template mass-dependent glitch-excision thresholding method.

研究动机与目标

• 推动实现快速、可靠的引力波检测以实现多信使天文学和及时警报的需要。
• 描述为 Advanced LIGO 的 O2 和 Virgo 的第一次运行实现的 GstLAL 管道更新，以改进时延、灵敏度和参数覆盖。
• 解释用于将信号与噪声区分开来的 waveform 建模、模板库构建、数据条件处理和统计排名的方法学变更。

提出的方法

• 使用匹配滤波方法，采用覆盖内在参数（质量和自旋）和外在参数（距离、取向）的基于 GR 的波形库。
• 通过时域实现和受 LLOID 启发的降维滤波集合，在时间和相位上最大化复数 SNR。
• 实现零时延白化滤波器，以通过将 16–32 s 的 PSD 基于白化替换为最小相位时域近似，来降低在线时延。
• 使用基于模板持续时间的高质量分组为子库（bar{θ} 区）以更好地建模噪声，并在高质量区域调整模板密度。
• 计算多维对数似然比统计量以基于信号和噪声模型对候选事件进行排序；通过对单探测器触发进行蒙特卡罗采样来构建背景以估计 FAR。
• 在仅有一个探测器在线时引入单探测器排名，并调整 SNR 和 ξ² 的分箱及概率密度函数以适应 O2 配置。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在 O2 期间提高 GstLAL 管道的 latency 和灵敏度以检测紧凑双星并合？
• RQ2 需要哪些模板库和数据条件处理的变更才能在扩展的 O2 参数空间中更准确地建模噪声并改进背景估计？
• RQ3 在多探测器在线时，应该如何调整似然比排序以包含单探测器触发和其他参数？
• RQ4 零时延白化滤波对在线检测时延和与离线分析的一致性有何影响？

主要发现

• 在 O2 中通过零时延白化滤波器将时延大约降低 40 秒。
• 模板库扩展到 2–400 M_sun 总质量，采用基于模板持续时间的高质量分组，而非啮合质量和有效自旋，以获得更好的背景建模。
• 引入线性门控方案以数据条件处理，降低高质量模板的故障信号，而不过度门控真实信号。
• 将单探测器触发纳入在线排名，扩大分析范围超出互相 coincidences 的多探测器。
• 通过更新的 SNR-ξ² PDF 与分箱，改进背景和信号模型以提高 O2 的虚警概率估计。