Sensitivity to anisotropic gravitational-wave background with space-borne detector networks

被引：2

作者：

Liang, Zheng-Cheng ^{[1
]}

Li, Zhi-Yuan ^{[1
]}

Li, En-Kun ^{[1
]}

Zhang, Jian-dong ^{[1
]}

Hu, Yi-Ming ^{[1
]}

机构：

[1] Sun Yat Sen Univ Zhuhai Campus, CNSA Res Ctr Gravitat Waves, TianQin Res Ctr Gravitat Phys, MOE Key Lab TianQin Mission, Zhuhai 519082, Peoples R China

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2024年 / 110卷 / 04期

基金：

中国博士后科学基金;

关键词：

RADIATION; SEARCH;

D O I：

10.1103/PhysRevD.110.043031

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Single gravitational-wave detectors face inherent limitations in detecting the anisotropy of the stochastic background. In this work, we explore the sensitivity to anisotropic backgrounds with a network of spaceborne detectors. We find that the separation between detectors plays an important role in determining the sensitivity. For the first time, we observe as large as three orders of magnitude enhancement in detection sensitivity for multipoles with l 1/4 5 and 6, compared to coinciding detectors. Coordinating and optimizing the separation between two space-borne detectors can significantly enhance the network's sensitivity to the multipole components of the stochastic background. For the TianQin & thorn; Laser Interferometer Space Antenna (LISA) network, benefiting from detector separation, it is possible to achieve sensitivity levels of 2-3 orders of magnitude better than those when using the TianQin or LISA detector alone. These findings pave the way to uncover the underlying physics of anisotropy through gravitational-wave detections.

引用

页数：19

共 87 条

[1] Directional Limits on Persistent Gravitational Waves Using LIGO S5 Science Data [J].

Abadie, J. ;

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abernathy, M. ;

Accadia, T. ;

Acernese, F. ;

Adams, C. ;

Adhikari, R. ;

Ajith, P. ;

Allen, B. ;

Allen, G. S. ;

Ceron, E. Amador ;

Amin, R. S. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Antonucci, F. ;

Arain, M. A. ;

Araya, M. C. ;

Aronsson, M. ;

Arun, K. G. ;

Aso, Y. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Atkinson, D. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

Babak, S. ;

Baker, P. ;

Ballardin, G. ;

Ballmer, S. ;

Barker, D. ;

Barnum, S. ;

Barone, F. ;

Barr, B. ;

Barriga, P. ;

Barsotti, L. ;

Barsuglia, M. ;

Barton, M. A. ;

Bartos, I. ;

Bassiri, R. ;

Bastarrika, M. ;

Bauchrowitz, J. ;

Bauer, Th S. ;

Behnke, B. ;

Beker, M. G. ;

Belletoile, A. ;

Benacquista, M. ;

Bertolini, A. ;

Betzwieser, J. ;

Beveridge, N. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 107 (27)

[2] Search for the isotropic stochastic background using data from Advanced LIGO's second observing run [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Abraham, S. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Aloy, M. A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Anand, S. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Angelova, S. V. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Arnaud, N. ;

Aronson, S. M. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Aubin, F. ;

Aufmuth, P. ;

AultONeal, K. ;

Austin, C. ;

Avendano, V. ;

Avila-Alvarez, A. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

Badaracco, F. ;

Bader, M. K. M. ;

Bae, S. .

PHYSICAL REVIEW D, 2019, 100 (06)

[3] GW170817: Implications for the Stochastic Gravitational-Wave Background from Compact Binary Coalescences [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Afrough, M. ;

Agarwal, B. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, B. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Angelova, S. V. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arnaud, N. ;

Arun, K. G. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Ast, M. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Atallah, D. V. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

AultONeal, K. ;

Austin, C. ;

Avila-Alvarez, A. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

Bader, M. K. M. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 120 (09)

[4]

Abbott BP, 2017, PHYS REV LETT, V118, DOI [10.1103/PhysRevLett.118.221101, 10.1103/PhysRevLett.118.121102]

[5] GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo during the Second Part of the Third Observing Run [J].

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adhikari, N. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agarwal, D. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Akcay, S. ;

Akutsu, T. ;

Albanesi, S. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Anand, C. ;

Anand, S. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Ando, M. ;

Andrade, T. ;

Andres, N. ;

Andric, T. ;

Angelova, S., V ;

Ansoldi, S. ;

Antelis, J. M. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, Koji ;

Arai, Koya ;

Arai, Y. ;

Araki, S. ;

Araya, A. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Aritomi, N. ;

Arnaud, N. ;

Arogeti, M. ;

Aronson, S. M. ;

Arun, K. G. .

PHYSICAL REVIEW X, 2023, 13 (04)

[6] Search for anisotropic gravitational-wave backgrounds using data from Advanced LIGO and Advanced Virgo's first three observing runs [J].

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Abraham, S. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, A. ;

Adams, C. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agarwal, D. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Akutsu, T. ;

Aleman, K. M. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Anand, S. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Ando, M. ;

Angelova, S., V ;

Ansoldi, S. ;

Antelis, J. M. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, Koya ;

Arai, Koji ;

Arai, Y. ;

Araki, S. ;

Araya, A. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Aritomi, N. ;

Arnaud, N. ;

Aronson, S. M. ;

Asada, H. ;

Asali, Y. ;

Ashton, G. ;

Aso, Y. ;

Aston, S. M. .

PHYSICAL REVIEW D, 2021, 104 (02)

[7] Angular power spectra of anisotropic stochastic gravitational wave background: Developing statistical methods and analyzing data from ground-based detectors [J].

Agarwal, Deepali ;

Suresh, Jishnu ;

Mitra, Sanjit ;

Ain, Anirban .

PHYSICAL REVIEW D, 2023, 108 (02)

[8] Upper limits on persistent gravitational waves using folded data and the full covariance matrix from Advanced LIGO's first two observing runs [J].

Agarwal, Deepali ;

Suresh, Jishnu ;

Mitra, Sanjit ;

Ain, Anirban .

PHYSICAL REVIEW D, 2021, 104 (12)

[9] The NANOGrav 15 yr Data Set: Search for Anisotropy in the Gravitational-wave Background [J].

Agazie, Gabriella ;

Anumarlapudi, Akash ;

Archibald, Anne M. ;

Arzoumanian, Zaven ;

Baker, Paul T. ;

Becsy, Bence ;

Blecha, Laura ;

Brazier, Adam ;

Brook, Paul R. ;

Burke-Spolaor, Sarah ;

Casey-Clyde, J. Andrew ;

Charisi, Maria ;

Chatterjee, Shami ;

Cohen, Tyler ;

Cordes, James M. ;

Cornish, Neil J. ;

Crawford, Fronefield ;

Cromartie, H. Thankful ;

Crowter, Kathryn ;

DeCesar, Megan E. ;

Demorest, Paul B. ;

Dolch, Timothy ;

Drachler, Brendan ;

Ferrara, Elizabeth C. ;

Fiore, William ;

Fonseca, Emmanuel ;

Freedman, Gabriel E. ;

Gardiner, Emiko ;

Garver-Daniels, Nate ;

Gentile, Peter A. ;

Glaser, Joseph ;

Good, Deborah C. ;

Gultekin, Kayhan ;

Hazboun, Jeffrey S. ;

Jennings, Ross J. ;

Johnson, Aaron D. ;

Jones, Megan L. ;

Kaiser, Andrew R. ;

Kaplan, David L. ;

Kelley, Luke Zolt ;

Kerr, Matthew ;

Key, Joey S. ;

Laal, Nima ;

Lam, Michael T. ;

Lamb, William G. ;

Lazio, T. Joseph W. ;

Lewandowska, Natalia ;

Liu, Tingting ;

Lorimer, Duncan R. ;

Luo, Jing .

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2023, 956 (01)

[10] The NANOGrav 15 yr Data Set: Evidence for a Gravitational-wave Background [J].

Agazie, Gabriella ;

Anumarlapudi, Akash ;

Archibald, Anne M. ;

Arzoumanian, Zaven ;

Baker, Paul T. ;

Becsy, Bence ;

Blecha, Laura ;

Brazier, Adam ;

Brook, Paul R. ;

Burke-Spolaor, Sarah ;

Burnette, Rand ;

Case, Robin ;

Charisi, Maria ;

Chatterjee, Shami ;

Chatziioannou, Katerina ;

Cheeseboro, Belinda D. ;

Chen, Siyuan ;

Cohen, Tyler ;

Cordes, James M. ;

Cornish, Neil ;

Crawford, Fronefield ;

Cromartie, H. Thankful ;

Crowter, Kathryn ;

Cutler, Curt J. ;

DeCesar, Megan E. ;

DeGan, Dallas ;

Demorest, Paul B. ;

Deng, Heling ;

Dolch, Timothy ;

Drachler, Brendan ;

Ellis, Justin A. ;

Ferrara, Elizabeth C. ;

Fiore, William ;

Fonseca, Emmanuel ;

Freedman, Gabriel E. ;

Garver-Daniels, Nate ;

Gentile, Peter A. ;

Gersbach, Kyle A. ;

Glaser, Joseph ;

Good, Deborah C. ;

Gueltekin, Kayhan ;

Hazboun, Jeffrey S. ;

Hourihane, Sophie ;

Islo, Kristina ;

Jennings, Ross J. ;

Johnson, Aaron D. ;

Jones, Megan L. ;

Kaiser, Andrew R. ;

Kaplan, David L. ;

Kelley, Luke Zoltan .

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2023, 951 (01)

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共 87 条

[1] Directional Limits on Persistent Gravitational Waves Using LIGO S5 Science Data [J].

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Abbott, B. P. ;

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Acernese, F. ;

Adams, C. ;

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Ajith, P. ;

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Ceron, E. Amador ;

Amin, R. S. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Antonucci, F. ;

Arain, M. A. ;

Araya, M. C. ;

Aronsson, M. ;

Arun, K. G. ;

Aso, Y. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Atkinson, D. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

Babak, S. ;

Baker, P. ;

Ballardin, G. ;

Ballmer, S. ;

Barker, D. ;

Barnum, S. ;

Barone, F. ;

Barr, B. ;

Barriga, P. ;

Barsotti, L. ;

Barsuglia, M. ;

Barton, M. A. ;

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Bastarrika, M. ;

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Behnke, B. ;

Beker, M. G. ;

Belletoile, A. ;

Benacquista, M. ;

Bertolini, A. ;

Betzwieser, J. ;

Beveridge, N. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 107 (27)

[2] Search for the isotropic stochastic background using data from Advanced LIGO's second observing run [J].

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Abraham, S. ;

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Antier, S. ;

Appert, S. ;

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Araya, M. C. ;

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Babak, S. ;

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Badaracco, F. ;

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Abbott, B. P. ;

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Afrough, M. ;

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Aguiar, O. D. ;

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Ajith, P. ;

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Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Ananyeva, A. ;

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Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

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Ascenzi, S. ;

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Astone, P. ;

Atallah, D. V. ;

Aufmuth, P. ;

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AultONeal, K. ;

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Abbott BP, 2017, PHYS REV LETT, V118, DOI [10.1103/PhysRevLett.118.221101, 10.1103/PhysRevLett.118.121102]

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Abbott, T. D. ;

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Adams, C. ;

Adhikari, N. ;

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Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Akcay, S. ;

Akutsu, T. ;

Albanesi, S. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Anand, C. ;

Anand, S. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Ando, M. ;

Andrade, T. ;

Andres, N. ;

Andric, T. ;

Angelova, S., V ;

Ansoldi, S. ;

Antelis, J. M. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, Koji ;

Arai, Koya ;

Arai, Y. ;

Araki, S. ;

Araya, A. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Aritomi, N. ;

Arnaud, N. ;

Arogeti, M. ;

Aronson, S. M. ;

Arun, K. G. .

PHYSICAL REVIEW X, 2023, 13 (04)

[6] Search for anisotropic gravitational-wave backgrounds using data from Advanced LIGO and Advanced Virgo's first three observing runs [J].

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Abraham, S. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, A. ;

Adams, C. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agarwal, D. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Akutsu, T. ;

Aleman, K. M. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Anand, S. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Ando, M. ;

Angelova, S., V ;

Ansoldi, S. ;

Antelis, J. M. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, Koya ;

Arai, Koji ;

Arai, Y. ;

Araki, S. ;

Araya, A. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Aritomi, N. ;

Arnaud, N. ;

Aronson, S. M. ;

Asada, H. ;

Asali, Y. ;

Ashton, G. ;

Aso, Y. ;

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PHYSICAL REVIEW D, 2021, 104 (02)

[7] Angular power spectra of anisotropic stochastic gravitational wave background: Developing statistical methods and analyzing data from ground-based detectors [J].

Agarwal, Deepali ;

Suresh, Jishnu ;

Mitra, Sanjit ;

Ain, Anirban .

PHYSICAL REVIEW D, 2023, 108 (02)

[8] Upper limits on persistent gravitational waves using folded data and the full covariance matrix from Advanced LIGO's first two observing runs [J].

Agarwal, Deepali ;

Suresh, Jishnu ;

Mitra, Sanjit ;

Ain, Anirban .

PHYSICAL REVIEW D, 2021, 104 (12)

[9] The NANOGrav 15 yr Data Set: Search for Anisotropy in the Gravitational-wave Background [J].

Agazie, Gabriella ;

Anumarlapudi, Akash ;

Archibald, Anne M. ;

Arzoumanian, Zaven ;

Baker, Paul T. ;

Becsy, Bence ;

Blecha, Laura ;

Brazier, Adam ;

Brook, Paul R. ;

Burke-Spolaor, Sarah ;

Casey-Clyde, J. Andrew ;

Charisi, Maria ;

Chatterjee, Shami ;

Cohen, Tyler ;

Cordes, James M. ;

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Crawford, Fronefield ;

Cromartie, H. Thankful ;

Crowter, Kathryn ;

DeCesar, Megan E. ;

Demorest, Paul B. ;

Dolch, Timothy ;

Drachler, Brendan ;

Ferrara, Elizabeth C. ;

Fiore, William ;

Fonseca, Emmanuel ;

Freedman, Gabriel E. ;

Gardiner, Emiko ;

Garver-Daniels, Nate ;

Gentile, Peter A. ;

Glaser, Joseph ;

Good, Deborah C. ;

Gultekin, Kayhan ;

Hazboun, Jeffrey S. ;

Jennings, Ross J. ;

Johnson, Aaron D. ;

Jones, Megan L. ;

Kaiser, Andrew R. ;

Kaplan, David L. ;

Kelley, Luke Zolt ;

Kerr, Matthew ;

Key, Joey S. ;

Laal, Nima ;

Lam, Michael T. ;

Lamb, William G. ;

Lazio, T. Joseph W. ;

Lewandowska, Natalia ;

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Lorimer, Duncan R. ;

Luo, Jing .

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[10] The NANOGrav 15 yr Data Set: Evidence for a Gravitational-wave Background [J].

Agazie, Gabriella ;

Anumarlapudi, Akash ;

Archibald, Anne M. ;

Arzoumanian, Zaven ;

Baker, Paul T. ;

Becsy, Bence ;

Blecha, Laura ;

Brazier, Adam ;

Brook, Paul R. ;

Burke-Spolaor, Sarah ;

Burnette, Rand ;

Case, Robin ;

Charisi, Maria ;

Chatterjee, Shami ;

Chatziioannou, Katerina ;

Cheeseboro, Belinda D. ;

Chen, Siyuan ;

Cohen, Tyler ;

Cordes, James M. ;

Cornish, Neil ;

Crawford, Fronefield ;

Cromartie, H. Thankful ;

Crowter, Kathryn ;

Cutler, Curt J. ;

DeCesar, Megan E. ;

DeGan, Dallas ;

Demorest, Paul B. ;

Deng, Heling ;

Dolch, Timothy ;

Drachler, Brendan ;

Ellis, Justin A. ;

Ferrara, Elizabeth C. ;

Fiore, William ;

Fonseca, Emmanuel ;

Freedman, Gabriel E. ;

Garver-Daniels, Nate ;

Gentile, Peter A. ;

Gersbach, Kyle A. ;

Glaser, Joseph ;

Good, Deborah C. ;

Gueltekin, Kayhan ;

Hazboun, Jeffrey S. ;

Hourihane, Sophie ;

Islo, Kristina ;

Jennings, Ross J. ;

Johnson, Aaron D. ;

Jones, Megan L. ;

Kaiser, Andrew R. ;

Kaplan, David L. ;

Kelley, Luke Zoltan .

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