基于哈密顿采样的单个二元体与引力波背景联合搜索高效管线

脉冲计时阵列社区最近报告了低频随机引力波背景的首次证据。随着观测时段的延长，我们预计能够在数据中解析出单个引力波源以及背景信号。统计建模和针对此类单个信号的贝叶斯搜索是计算密集型任务，这是许多不同方法开发方向的焦点。我们提出了一个管线，用于执行单个超大质量黑洞二元体以及引力波背景的联合搜索，采用哈密顿蒙特卡洛采样方案。哈密顿采样基于模型似然梯度提议样本，既能更快地收敛到复杂的高维分布，又能有效地探索诸如引力波背景与单个二进制模型联合参数空间等高度相关的参数空间。我们通过演示对包含低频（6 nHz）或高频（60 nHz）二进制源的模拟数据集进行准确参数估计来展示该方案的有效性。此外，我们表明该方法在更高效地生成单个二进制源的天地图方面具有优势——这些天地图显示了单个二进制源 $h_{0}$ 随天位置变化的上限。与 NANOGrav 12.5 年数据集的结果比较，我们发现对引力波应变的重构上限相似，同时将所需分析次数从 72 次独立分箱搜索降低到一次运行。