考虑已知未知:在引力波参数估计中纳入系统性波形误差的参数化框架
广义相对论与量子宇宙学
2025-11-25 v3 高能天体物理现象
天体物理仪器与方法
摘要
引力波并合事件的参数估计(PE)依赖于通过数值模拟校准的波形模型。在贝叶斯框架内,该波形模型表示并合期间产生的引力波信号,对于估计似然函数至关重要。然而,这些波形模型可能存在系统性误差,且在参数空间中各处有所不同。在当前的数据分析流程中解决这些误差是一个活跃的研究领域。我们引入了参考波形模型振幅和相位不确定性的参数化。当波形模型振幅和相位的误差预算作为频率的函数已知时,它可用作贝叶斯框架中的先验分布。我们还表明,在没有任何波形不确定性误差预算知识的情况下,可以使用保守先验来量化波形建模中的不确定性。通过零噪声注入和参数估计恢复,我们证明,对于类 GW150914 信号和高级 LIGO 探测器灵敏度,相对实际波形模型的相位即使存在 1%-2% 的误差,也会在恢复的参数中引入偏差。当我们在参数估计框架内考虑波形不确定性时,这些偏差可以得到纠正。通过分析一系列来自轨道旋进并合的模拟信号,并使用无自旋波形模型进行恢复,我们证明可以降低系统性误差与统计误差的比率。这种方法使我们能够解决波形建模中缺失特定物理效应的场景。实现我们的参数化以执行参数估计的代码以 Python 包 "pycbc_wferrors_plugin" 的形式提供,与 PyCBC 开源引力波分析库兼容。
引用
@article{arxiv.2502.17400,
title = {Accounting for the Known Unknowns: A Parametric Framework to Incorporate Systematic Waveform Errors in Gravitational-Wave Parameter Estimation},
author = {Sumit Kumar and Max Melching and Frank Ohme},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.17400},
year = {2025}
}
备注
24 pages, 13 figures, 3 tables. Matches with the accepted version of the manuscript