具有自旋游走的中子星连续引力波的隐马尔可夫模型跟踪
摘要
当来自中子星的连续波信号的引力波搜索中，星的旋转频率无法通过电磁观测先验获知，且在内部（如超流体或磁层）或外部（如吸积）力矩作用下随机游走时，该搜索尤为困难。本文表明，基于隐马尔可夫模型（HMM）方法的频率跟踪可与现有的最大似然相干匹配滤波器（如 F-statistic）相结合，以克服自旋游走带来的一些挑战。具体而言，我们发现，对于一个自旋频率随机游走的孤立双轴转子，在 Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (Advanced LIGO) 特征噪声水平下，对持续时间为 T_drift = 10d 的相干片段的 F-statistic 输出进行 HMM 跟踪，在总观测时间 T_obs = 1yr 内，可探测到波应变 h0 > 2e-26 的信号。对于在双星轨道中自旋随机游走的双轴转子，若其轨道周期和半长轴已通过电磁观测近似获知，则对 Bessel 加权 F-statistic 输出进行 HMM 跟踪可探测到 h0 > 8e-26 的信号。我们演示了一种基于 Viterbi 算法的高效递归 HMM 求解器，对于低质量 X 射线双星 Scorpius X-1 的典型宽带（0.5-kHz）搜索，包括生成相关 F-statistic 输入在内，需约 10^3 CPU 小时。在“现实”观测场景中，Viterbi 跟踪在 LIGO Scientific Collaboration 召开的 Scorpius X-1 Mock Data Challenge 第一阶段中，成功探测到 50 个无自旋游走的合成信号中的 41 个，低至 h0 = 1.1e-25 的波应变，恢复频率的均方根精度 <= 4.3e-3 Hz。
引用
@article{arxiv.1606.02412,
title = {Hidden Markov model tracking of continuous gravitational waves from a neutron star with wandering spin},
author = {S. Suvorova and L. Sun and A. Melatos and W. Moran and R. J. Evans},
journal= {arXiv preprint arXiv:1606.02412},
year = {2016}
}