LISA 全局拟合中引力波群体推断的基础

引力波天文学中的群体推断使我们能够将单个探测事件与致密天体及其环境的天体物理学联系起来。当前用于 LIGO-Virgo-KAGRA 数据的群体推断方法，通过后处理单个事件的后验分布来近似评估分层群体似然。然而，激光干涉空间天线 (LISA) 的情况将更为复杂，主要有两个原因：LISA 数据分析采用的跨维度“全局拟合”方法，该方法同时对所有信号和噪声进行建模；以及同时存在可单独分辨的信号和由银河系双星群体产生的不可分辨的随机“银河前景”，这在可分辨与不可分辨系统以及我们探测前者的能力之间引入了循环依赖。这些挑战并非没有机遇；LISA 的数据将包含银河系中每一个毫赫兹致密双星——无论是单独存在还是包含在银河前景中——对银河系和恒星天体物理学具有巨大潜力。因此，我们提出一种替代方法：在 LISA 全局拟合中直接评估完整的分层群体似然。我们开发了一种统计形式体系，用于联合推断可单独分辨的引力波源、不可分辨的随机前景以及共享的、底层的天体物理群体；展示了 PELARGIR，一个用于 LISA 全局拟合的 GPU 加速群体推断模块原型；通过玩具模型分析演示了该形式体系和 PELARGIR；并绘制了一条通往具有嵌入式群体推断的天体物理学驱动的 LISA 全局拟合的路线图。虽然我们在此将该形式体系应用于 LISA 银河系双星群体，但它适用于整个引力波频谱，在脉冲星计时和下一代地面天文台中均有应用案例。