轨道运动对 LISA 时间延迟干涉测量的影响

为消除太空激光干涉仪引力波探测器中激光相位噪声，已发现若干信号组合方式，使激光噪声可被抵消而保留引力波信号，这一过程称为时间延迟干涉测量（TDI）。在定义 TDI 参数的论文中，其性能是在引力波探测器固定在空间的极限下评估的。然而，实际由 LISA 轨道产生的旋转和扭曲配置会破坏某些对臂长的对称性——这些对称性在固定探测器时可用，但在实际配置中不可用。本文研究了这些 TDI 参数在真实 LISA 轨道上的性能。首先考虑旋转效应，我们验证了 Daniel Shaddock 的结果，发现 Sagnac 变量无法消除激光相位噪声，我们也发现对称 Sagnac 变量也有相同结果。后者变量的丢失将尤为不幸，因为该变量还能消除引力波信号，从而使探测器中的仪器噪声被隔离和测量。幸好，我们发现了一组更复杂的 TDI 变量，我们称之为 Delta-Sagnac 变量，其中一个变量对称 Sagnac 变量在很好精度下实现了相同目标。最后，然而在考察由于非圆形轨道运动导致的臂长变化引起的扭曲效应时，我们表明所有变量，包括干涉仪变量——这些在旋转导致的方向对称性丢失后仍然存活的变量——在臂长随时间变化时无法完全消除激光相位噪声。这一不可避免的问题将对激光稳定性提出严苛要求，即 5 Hz / 根 Hz。