双中子星并合与第三代探测器：定位与早期预警

对于第三代引力波探测器（如 Einstein Telescope），来自双中子星的引力波信号在中子星并合前可持续长达数天。为了估计关键信号参数的测量不确定性，我们开发了一种 Fisher 矩阵方法，该方法考虑了随时间变化的探测器响应和地球自转对此类长持续时间信号的影响。我们使用该方法表征了 Einstein Telescope 和 Cosmic Explorer 单独运行及作为网络运行时，距离为 40、200、400、800 和 1600 Mpc 处双中子星引力波的天空定位不确定性。我们发现，仅 Einstein Telescope 即能以 90% 置信度将距离 $\leq200$ Mpc 处的大多数可探测双中子星定位在 $100\text{deg}^2$ 范围内。由 Einstein Telescope 和 Cosmic Explorer 组成的网络可以显著增强天空定位性能——对于 $\leq200$ Mpc 处的大多数源，90% 置信区域为 $\mathcal{O}(1) \text{deg}^2$，对于 $\leq1600$ Mpc 处的大多数源，该区域 $\leq100\text{deg}^2$。我们还研究了第三代探测器在并合前识别信号存在的可能性。为此，我们要求信号具有 $\geq12$ 的网络信噪比且在至少两台干涉仪中具有 $\geq5.5$ 的信噪比，并且天空定位的 90% 置信区域不大于 $100 \text{deg}^2$。我们发现，对于 40 Mpc 处 100% 的可探测双中子星和 200 Mpc 处约 58% 的源，Einstein Telescope 能够在并合前 1 至 20 小时发出此类“早期预警”探测警报。对于距离 400 Mpc 处的源，Einstein Telescope 和 Cosmic Explorer 组成的网络可以在并合前长达约 3 小时为 98% 的可探测双中子星产生探测警报。