STROOPWAFEL：模拟天体物理种群中的稀有结果及其在引力波源中的应用
高能天体物理现象
2019-10-09 v2 天体物理仪器与方法
太阳与恒星天体物理
数据分析、统计与概率
摘要
双致密天体（DCO）并合的引力波观测正在为大规模恒星物理和双星系统演化提供新的见解。为了利用预期的近期观测来理解恒星物理，将依赖于与双星种群合成模型的比较。然而，绝大多数模拟双星从未产生DCO，这使得此类种群的计算效率低下。我们提出了一种重要性采样算法STROOPWAFEL，它通过围绕初始参数空间中被发现能产生感兴趣输出的区域集中模拟，提高了稀有事件种群研究的计算机效率。我们在双星种群合成代码COMPAS中实现了该算法，并将我们的实现效率与从诞生概率分布进行蒙特卡洛采样的标准方法进行比较。在相同模拟规模下，STROOPWAFEL发现的DCO并合比标准采样方法多25-200倍，从而将模拟速度提高了最多两个数量级。发现更多DCO并合自动以比传统采样高得多的分辨率映射参数空间。这种效率的提升还使得模拟预测的统计采样不确定性降低了3-10倍。这对于可观测量的分布函数尤为显著，例如黑洞和中子星啁啾质量分布，包括在分布函数的尾部，使用标准采样的预测可能被采样噪声主导。
引用
@article{arxiv.1905.00910,
title = {STROOPWAFEL: Simulating rare outcomes from astrophysical populations, with application to gravitational-wave sources},
author = {Floor S. Broekgaarden and Stephen Justham and Selma E. de Mink and Jonathan Gair and Ilya Mandel and Simon Stevenson and Jim W. Barrett and Alejandro Vigna-Gómez and Coenraad J. Neijssel},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.00910},
year = {2019}
}
备注
Accepted. Data and scripts to reproduce main results is publicly available. The code for the STROOPWAFEL algorithm will be made publicly available. Early inquiries can be addressed to the lead author