Computational techniques for parameter estimation of gravitational wave signals

被引:7
作者
Meyer, Renate [1 ]
Edwards, Matthew C. [1 ]
Maturana-Russel, Patricio [1 ,2 ]
Christensen, Nelson [3 ]
机构
[1] Univ Auckland, Dept Stat, Auckland, New Zealand
[2] Auckland Univ Technol, Dept Math Sci, Auckland, New Zealand
[3] Univ Cote Azur, Observ Cote Azur, Artemis, Nice, France
基金
美国国家科学基金会;
关键词
Bayesian inference; Markov chain Monte Carlo; Nested Sampling; parameter estimation; signal processing; GENERAL-RELATIVITY; NEUTRINO BURST; POWER SPECTRA; RADIATION; LIGO; IDENTIFICATION; INFERENCE; BINARIES; PULSARS;
D O I
10.1002/wics.1532
中图分类号
O21 [概率论与数理统计]; C8 [统计学];
学科分类号
020208 ; 070103 ; 0714 ;
摘要
Since the very first detection of gravitational waves from the coalescence of two black holes in 2015, Bayesian statistical methods have been routinely applied by LIGO and Virgo to extract the signal out of noisy interferometric measurements, obtain point estimates of the physical parameters responsible for producing the signal, and rigorously quantify their uncertainties. Different computational techniques have been devised depending on the source of the gravitational radiation and the gravitational waveform model used. Prominent sources of gravitational waves are binary black hole or neutron star mergers, the only objects that have been observed by detectors to date. But also gravitational waves from core-collapse supernovae, rapidly rotating neutron stars, and the stochastic gravitational-wave background are in the sensitivity band of the ground-based interferometers and expected to be observable in future observation runs. As nonlinearities of the complex waveforms and the high-dimensional parameter spaces preclude analytic evaluation of the posterior distribution, posterior inference for all these sources relies on computer-intensive simulation techniques such as Markov chain Monte Carlo methods. A review of state-of-the-art Bayesian statistical parameter estimation methods will be given for researchers in this cross-disciplinary area of gravitational wave data analysis. This article is categorized under: Applications of Computational Statistics > Signal and Image Processing and Coding Statistical and Graphical Methods of Data Analysis > Markov Chain Monte Carlo (MCMC) Statistical Models > Time Series Models
引用
收藏
页数:25
相关论文
共 224 条
[1]   Advanced LIGO [J].
Aasi, J. ;
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. ;
Abernathy, M. R. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. ;
Affeldt, C. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Alemic, A. ;
Allen, B. ;
Amariutei, D. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Arceneaux, C. ;
Areeda, J. S. ;
Ashton, G. ;
Ast, S. ;
Aston, S. M. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Aylott, B. E. ;
Babak, S. ;
Baker, P. T. ;
Ballmer, S. W. ;
Barayoga, J. C. ;
Barbet, M. ;
Barclay, S. ;
Barish, B. C. ;
Barker, D. ;
Barr, B. ;
Barsotti, L. ;
Bartlett, J. ;
Barton, M. A. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Batch, J. C. ;
Baune, C. ;
Behnke, B. ;
Bell, A. S. ;
Bell, C. .
CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2015, 32 (07)
[2]   Parameter estimation for compact binary coalescence signals with the first generation gravitational-wave detector network [J].
Aasi, J. ;
Abadie, J. ;
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. ;
Accadia, T. ;
Acernese, F. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allocca, A. ;
Ceron, E. Amador ;
Amariutei, D. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Ast, S. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atkinson, D. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Aylott, B. E. ;
Babak, S. ;
Baker, P. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. ;
Bao, Y. ;
Barayoga, J. C. B. ;
Barker, D. ;
Barone, F. ;
Barr, B. ;
Barsotti, L. ;
Barsuglia, M. ;
Barton, M. A. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Bastarrika, M. ;
Basti, A. ;
Batch, J. ;
Bauchrowitz, J. ;
Bauer, Th. S. .
PHYSICAL REVIEW D, 2013, 88 (06)
[3]   Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. R. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Arain, M. A. ;
Araya, M. C. ;
Arceneaux, C. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. ;
Baker, P. T. ;
Baldaccini, F. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. W. ;
Barayoga, J. C. ;
Barclay, S. E. ;
Barish, B. C. ;
Barker, D. ;
Barone, F. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (06)
[4]   GW190425: Observation of a Compact Binary Coalescence with Total Mass ∼3.4 M⊙ [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. ;
Arun, K. G. ;
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. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2020, 892 (01)
[5]   Optically targeted search for gravitational waves emitted by core-collapse supernovae during the first and second observing runs of advanced LIGO and advanced Virgo [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abraham, S. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
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. ;
Baird, J. .
PHYSICAL REVIEW D, 2020, 101 (08)
[6]   Search for gravitational waves from Scorpius X-1 in the second Advanced LIGO observing run with an improved hidden Markov model [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. ;
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. ;
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. ;
Baker, P. T. ;
Baldaccini, F. .
PHYSICAL REVIEW D, 2019, 100 (12)
[7]   Binary Black Hole Population Properties Inferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo [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. ;
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. ;
Arun, K. G. ;
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. ;
Baker, P. T. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2019, 882 (02)
[8]   GWTC-1: A Gravitational-Wave Transient Catalog of Compact Binary Mergers Observed by LIGO and Virgo during the First and Second Observing Runs [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. ;
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. ;
Arun, K. G. ;
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. ;
Baker, P. T. .
PHYSICAL REVIEW X, 2019, 9 (03)
[9]   All-sky search for short gravitational-wave bursts in the second Advanced LIGO and Advanced Virgo 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 (02)
[10]   All-sky search for continuous gravitational waves from isolated neutron stars using Advanced LIGO O2 data [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, G. ;
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. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aufmuth, P. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. ;
Bae, S. ;
Baker, P. T. ;
Baldaccini, F. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. W. ;
Banagiri, S. ;
Barayoga, J. C. ;
Barclay, S. E. ;
Barish, B. C. ;
Barker, D. ;
Barkett, K. .
PHYSICAL REVIEW D, 2019, 100 (02)