两颗中子星相撞。 图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心/CI 实验室
到 2030 年代，引力波探测器的灵敏度将是 Advanced 的数千倍 LIGO、处女座和KAGRA。 “第三代”（3G）天文台网络几乎肯定会包括宇宙探索者（美国）、爱因斯坦望远镜（欧盟），并且可能包括像南半球宇宙探索者这样的天文台。
这些惊人的仪器将看到每一个二进制文件 中子星 宇宙中的合并，大多数双星黑洞的红移超过 10：每年有数十万，可能是数百万个可解析的信号。 其中许多信号将非常响亮，信噪比高达数千，有助于基础物理学和宇宙学的突破。
这就是一个挑战！
我们如何从这些信号中提取所有信息？ 从表面上看，这似乎是一项简单的任务：只需像我们已经在做的那样继续运行参数估计！ 但事实证明，当信号非常响亮且频带很长时，我们当前的参数估计方法不能很好地扩展。
为了了解原因，我们设想了一个双中子星合并信号“GW370817”，它起源于距地球约 40 Mpc 的距离——大约是 GW170817 的距离（假设 3G 探测器在 2037 年上线，我们可以保证观察到一千个左右的双中子17 年 2037 月 3 日的恒星合并！）一个 370817G 探测器网络将观察 GW90 2500 分钟，信噪比达到惊人的 1000。分析此信号的计算成本大约是当今分析信号的一千倍探测器——根据我们的粗略估计，大约需要 XNUMX 年！
这种令人望而却步的分析时间是使用 3G 数据进行天体物理学的一个障碍，这也是我们在论文中解决的问题。 为了缩短计算时间，我们开发了引力波信号的“降阶模型”，它使我们能够使用高度压缩的数据推断双星中子星的性质，并且几乎没有损失 . 我们将 3G 数据推理的计算成本降低了 13,000 倍。 再加上少量的并行计算，我们能够在几个小时内执行数据分析。 这对于 3G 时代的天体物理学来说是个好消息。
虽然距离 2030 年代和 3G 探测器还有几年的时间，但我们的结果和方法可用于广泛的理论和设计研究，这些研究与探测器技术的发展同步发展。 对于那些年长的人来说，第一次 LISA 模拟数据挑战始于 2005 年，这让人们了解在探测器投入运行之前需要进行多少探索工作。
目前，在 3G 探测器的背景下，我们可以开始思考许多有趣的天体物理学问题：我们能够测量中子星状态方程和中子星的最大质量有多好？ 这将告诉我们关于极端物质的什么信息？ 中子星自旋可以测量到什么程度，这能告诉我们有关超新星机制的任何信息吗？ 等等……我们的结果和方法将通过使我们能够对模拟 3G 数据中的二元中子星属性进行稳健的推断来促进这种理论工作。
参考：“贝叶斯推理 引力波 来自第三代天文台的双中子星合并”，作者：Rory Smith、Ssohrab Borhanian、Bangalore Sathyaprakash、Francisco Hernandez Vivanco、Scott Field、Paul Lasky、Ilya Mandel、Soichiro Morisaki、David Ottaway、Bram Slagmolen、Eric Thrane、Daniel Töyrä 和 Salvatore维塔莱，20 年 2021 月 XNUMX 日， “物理评论快报”.
DOI：10.1103/PhysRevLett.127.081102
