2023年10月16日, 13:00-13:10
2023年“第三届空间科学大会” · 空间引力波探测和精密测量与引力宇宙 | 浙江 · 德清
王赫
hewang@ucas.ac.cn
中国科学院大学 · 国际理论物理中心(亚太地区)
中国科学院大学 · 引力波宇宙太极实验室(北京/杭州)
引力波天文学 & 引力波多信使天文学
Chinese Journal of Space Science, 2023, 43(4): 589-599.
LIGO-G2300554
Nat. Astron. 2021, 5(9): 881-889.
空基引力波探测科学数据的分析与地基相比差距很大:
空间引力波观测频段内含有大量的波源和多种波源类型:
空间太极计划
恒星级质量的致密双星 (黑洞、中子星、白矮星以及它们的两两组合) 的旋近
双白矮星的并合、超大质量双黑洞的并合
极端质量比旋进 (通常是一个恒星级致密天体绕着一个超大质量黑洞的旋进)
宇宙中可能存在的中等质量双黑洞以及前面这些源的信号叠加形成的引力波背景
Credit: ESA, K. Holley-Bockelmann
空间引力波探测获得的是什么样的 (科学) 数据?
其他重要的科学数据处理的技术挑战:
随机噪声(Stochastic noise)
仪器瞬变(glitches)
频谱线(Spectral lines)
数据间断(Data gaps)
非平稳性(Non-stationarities)
恒星级质量的致密双星 (黑洞、中子星、白矮星以及它们的两两组合) 的旋近
双白矮星的并合、超大质量双黑洞的并合
极端质量比旋进 (通常是一个恒星级致密天体绕着一个超大质量黑洞的旋进)
宇宙中可能存在的中等质量双黑洞以及前面这些源的信号叠加形成的引力波背景
预计天线重新定位(9天)和激光重新锁定(几周)会导致短时间(<小时)的间隔,而类似LPF的意外长时间间隔(∼天)经常被考虑在内。总工作周期为80-90%。
时间序列中的间隔会导致在切换到傅里叶域时出现频谱泄漏,并在噪声矩阵中产生非对角线项。时间域中的窗函数可以减少频谱泄漏,但修补方法可以同时解决这两个问题。
可以使用附加参数在缺失部分绘制一些信号,然后在阻塞的Gibbs采样模式中迭代GW信号参数。
两种问题:
这两个问题都由正在进行的 Spritz 数据挑战来解决,使用了来自 LPF 的故障模型。
两步去除
Baghi et al., Phys. Rev. D (2019)
Nat. Astron. 2022, 6(12): 1356-1363.
Nat. Astron. 2022, 6(12): 1334-1338.
背景与挑战
全局拟合方法 (Global-fit method)
实践应用步骤
局限性
全局拟合
Global-fit
Strub et al., arXiv:2307.03763
AKK - FastEMRIWaveforms (FEW)
Katz et al., Phys. Rev. D (2021)
Chua et al., Phys. Rev. Lett., (2021)
~1s (快 ≳104 倍)
Chua et al., PRL 122, 21 (2019): 211101.
Chua & Vallisneri. PRL 124, 4 (2020): 041102.
Katz et al., PRD 104, 6 (2021): 064047.
h(θ):=∑iαi(θ)ei≡α(θ),
where α∈C241 and reduced basis {ei} with ⟨ei∣ej⟩=δij.
深度学习算法的学习目标:
(Mc,η)∈Θ⊂R2
(αr,αi)∈R482
Neural
Network
Zhang et al. PRD (2022) |
Zhao et al. (2308.16422) |
Yun et al. (2309.06694) |
|
---|---|---|---|
TDI | - | TDI-1.5 | TDI-2.0 |
Duration | 3 months | 1 year | 0.5 year |
Waveform Family (trained) | AK | AKK | AKK |
GW Project | TianQin | LISA | Taiji |
Acceleration Noise [fm/sqrt(Hz)] | 1 | 3 | 3 |
OMS Noise [pm/sqrt(Hz)] | 1 | 15 | 8 |
Base Model | CNN | CNN | CNN |
Input Feature domain | time | frequency | time-frequency |
sampling rate | 1/30 Hz | 1/15 Hz | 1/10 Hz |
张雪婷, C. Messenger, N. Korsakova,
ML Chan, 胡一鸣, 张建东, Phys. Rev. D (2022)
赵天宇, 周阅, 施锐俊, 曹周键, 任智祥, arXiv:2308.16422
恽倩芸, 韩文标, 郭意扬, 王赫, 杜明辉, arXiv:2309.06694
赵天宇*, Ruoxi Lyu*, 王赫, 曹周键, 任智祥, Commun. Phys., (2023)
"One Model to Rule Them All":EMRI / MBHB / GBs / SGWB 的信号提取
王赫, 吴仕超, 曹周键, 刘骁麟, 朱建阳,
Phys. Rev. D, (2020)
阮文洪*, 王赫*, 刘畅, 郭宗宽,
Phys. Lett. B, (2023)
LDC 一年数据上对 MBHB (+GBs) 信号的信号探测
杜明辉*, 梁博*, 王赫†, 徐鹏, 罗子人, 吴岳良†, arXiv:2308.05510
阮文洪, 王赫, 刘畅, 郭宗宽,
Universe (2023)
More details for the next talk by 杜明辉
超高维度的波源参数空间特性 (编码波形)
科学数据的动态性 (编码数据)
计算资源的需求与利用(CPU vs GPU)
F(t) over 1 year
h(t) over 10 min
y(t) over 1 year
Credit: Maude Le Jeune (2021)
Actually, there are more ...
多类型的大量波源混叠问题
for _ in range(num_of_audiences):
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This slide: https://slides.com/iphysresearch/2023oct_ssa
超高维度的波源参数空间特性 (编码波形)
科学数据的动态性 (编码数据)
计算资源的需求与利用(CPU vs GPU)
F(t) over 1 year
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Credit: Maude Le Jeune (2021)
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多类型的大量波源混叠问题
“国际理论物理中心(亚太地区)” 经联合国教科文组织第38届大会审议通过。由中国科学院、基金委和国际理论物理中心共同建设,是进行基础科学前沿与相关交叉科学领域高水平科研、教育和培训的非营利性组织,是联合国教科文组织基础科学方面的在国内的第一个二类中心。