CAREER: Multimessenger Astrophysics with Pulsar Timing Arrays in the Detection Era
职业:探测时代脉冲星计时阵列的多信使天体物理学
基本信息
- 批准号:2339728
- 负责人:
- 金额:$ 40万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2024
- 资助国家:美国
- 起止时间:2024-01-01 至 2028-12-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The recent announcement by the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) and pulsar timing array (PTA) collaborations around the world of evidence for a gravitational wave background (GWB) demonstrates that PTAs are moving into an unprecedented sensitivity regime for gravitational wave (GW) signals in the nanohertz frequency range. PTAs can see further back in time than the cosmic microwave background radiation and allow us to survey the population of supermassive binary black holes (SMBBHs) as a stochastic GWB. Detection of the background heralds the coming of individual source detections just when the Vera C. Rubin Observatory and the ten-year Legacy Survey of Space and Time (LSST) are scheduled to begin obtaining consistent and high quality time series data of active galactic nuclei (AGN) --- perfectly timed to coincide with the era of the first single-source detections in the PTA band. GW detections at these frequencies take time and necessitate the use of state-of-the-art data analysis techniques to build custom noise models for individual pulsar data sets in order to enhance the huge investment of the NSF into nanohertz gravitational wave astronomy just as PTAs enter the detection era. As the cosmic symphony of the stochastic GWB becomes more significant in the data, it is now necessary for PTAs to tune these galactic-scale detectors to optimize the ability to also resolve individual SMBBHs. PTAs will arbitrate the SMBBH hypothesis for quasiperiodic light curves in AGN, and this work will maximize the multimessenger detectability space of SMBBH systems by informing PTA and LSST observing strategies in order to ensure the detection of a multimessenger source during the LSST-era. The project includes curriculum development and implementation of a summer workshop in astrophysics-themed data analysis that will foster inspired teaching, stimulate excitement in PTA research, facilitate the learning goals of undergraduate and graduate students, and support the transition of community college students into 4-year schools. The first research goal will be using techniques recently pioneered to transform PTA noise mitigation strategies with the use of custom Bayesian models to gain from the data we already have in hand. Preliminary analyses have shown significant changes in parameter recovery and significance statistics when using these custom models. This work will inform a reconceptualization of the use of detector characterization tools to rethink pulsar observing strategies and the reorganization of these tools for lightweight predictions of single-source detectability of GW candidates from electromagnetic time-domain surveys. Supported by these first two goals will be research to develop the framework and software interface needed to quickly assess AGN for the presence of SMBBHs.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
北美纳赫兹引力波天文台 (NANOGrav) 和脉冲星计时阵列 (PTA) 最近宣布在全球范围内进行合作,提供引力波背景 (GWB) 的证据,表明 PTA 正在进入前所未有的引力波敏感度状态。 GW)纳赫兹频率范围内的信号。 PTA 可以看到比宇宙微波背景辐射更早的时间,使我们能够将超大质量双黑洞 (SMBBH) 群体作为随机 GWB 进行调查。就在维拉·C·鲁宾天文台和十年遗产时空巡天计划(LSST)计划开始获取活动星系核的一致且高质量的时间序列数据之际,背景探测预示着个体源探测的到来。 AGN)——恰逢 PTA 频段首次单源探测的时代。这些频率的引力波探测需要时间,并且需要使用最先进的数据分析技术来为各个脉冲星数据集构建定制噪声模型,以增强 NSF 对纳赫兹引力波天文学的巨额投资,就像 PTA 一样进入检测时代。随着随机 GWB 的宇宙交响曲在数据中变得更加重要,PTA 现在有必要调整这些银河尺度探测器,以优化解析单个 SMBBH 的能力。 PTA将仲裁活动星系核中准周期光变曲线的SMBBH假说,这项工作将通过告知PTA和LSST观测策略来最大化SMBBH系统的多信使可探测空间,以确保在LSST时代检测到多信使源。该项目包括课程开发和实施以天体物理学为主题的数据分析夏季研讨会,这将促进启发式教学,激发 PTA 研究的热情,促进本科生和研究生的学习目标,并支持社区学院学生过渡到 4-年学校。第一个研究目标是使用最近开创的技术来转变 PTA 噪声缓解策略,并使用定制贝叶斯模型从我们现有的数据中获取信息。初步分析表明,使用这些自定义模型时,参数恢复和显着性统计数据发生了显着变化。这项工作将有助于重新概念化探测器表征工具的使用,以重新思考脉冲星观测策略,并重新组织这些工具,以便根据电磁时域调查对候选引力波的单源可探测性进行轻量级预测。在前两个目标的支持下,将进行研究开发快速评估 AGN 是否存在 SBBH 所需的框架和软件接口。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响进行评估,被认为值得支持审查标准。
项目成果
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