Eclipses of continuous gravitational waves as a probe of stellar structure

被引:9
作者
Marchant, Pablo [1 ,2 ,3 ]
Breivik, Katelyn [2 ,4 ,5 ]
Berry, Christopher P. L. [1 ,2 ]
Mandel, Ilya [6 ,7 ,8 ,9 ]
Larson, Shane L. [1 ,2 ]
机构
[1] Northwestern Univ, CIERA, 1800 Sherman Ave, Evanston, IL 60208 USA
[2] Northwestern Univ, Dept Phys & Astron, 2145 Sheridan Rd, Evanston, IL 60208 USA
[3] Katholieke Univ Leuven, Inst Astrophys, Celestijnenlaan 200 D, B-3001 Leuven, Belgium
[4] Univ Toronto, Canadian Inst Theoret Astrophys, 60 St George St, Toronto, ON M5S 1A7, Canada
[5] Northwestern Univ, CIERA, 2145 Sheridan Rd, Evanston, IL 60208 USA
[6] Monash Univ, Monash Ctr Astrophys, Sch Phys & Astron, Clayton, Vic 3168, Australia
[7] OzGrav, Arc Ctr Excellence Gravitat Wave Discovery, Hawthorn, Vic, Australia
[8] Univ Birmingham, Birmingham Inst Gravitat Wave Astron, Birmingham B15 2TT, W Midlands, England
[9] Univ Birmingham, Sch Phys & Astron, Birmingham B15 2TT, W Midlands, England
基金
美国国家科学基金会;
关键词
MILLISECOND PULSAR; DISCOVERY; RADIATION; BINARIES; MODELS; STARS; EVOLUTION; ROTATION;
D O I
10.1103/PhysRevD.101.024039
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
Although gravitational waves only interact weakly with matter, their propagation is affected by a gravitational potential. If a gravitational wave source is eclipsed by a star, measuring these perturbations provides a way to directly measure the distribution of mass throughout the stellar interior. We compute the expected Shapiro time delay, amplification, and deflection during an eclipse, and show how this can be used to infer the mass distribution of the eclipsing body. We identify continuous gravitational waves from neutron stars as the best candidates to detect this effect. When the Sun eclipses a far-away source, depending on the depth of the eclipse the time delay can change by up to similar to 0.034 ms, the gravitational-wave strain amplitude can increase by similar to 4%, and the apparent position of the source in the sky can vary by 4 ''. Accreting neutron stars with Roche-lobe filling companion stars have a high probability of exhibiting eclipses, producing similar time delays but undetectable changes in amplitude and sky location. Even for the most rapidly rotating neutron stars, this time delay only corresponds to a few percent of the phase of the gravitational wave, making it an extremely challenging measurement. However, if sources of continuous gravitational waves exist just below the limit of detection of current observatories, next-generation instruments will be able to observe them with enough precision to measure the signal of an eclipsing star. Detecting this effect would provide a new direct probe to the interior of stars, complementing asteroseismology and the detection of solar neutrinos.
引用
收藏
页数:15
相关论文
共 93 条
[1]   GRAVITATIONAL WAVES FROM KNOWN PULSARS: RESULTS FROM THE INITIAL DETECTOR ERA [J].
Aasi, J. ;
Abadie, J. ;
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. ;
Abernathy, M. R. ;
Accadia, T. ;
Acernese, F. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Adhikari, R. X. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allocca, A. ;
Ceron, E. Amador ;
Amariutei, D. ;
Anderson, R. A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Arceneaux, C. ;
Areeda, J. ;
Ast, S. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Austin, L. ;
Aylott, B. E. ;
Babak, S. ;
Baker, P. T. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. W. ;
Barayoga, J. C. ;
Barker, D. ;
Barnum, S. H. ;
Barone, F. ;
Barr, B. ;
Barsotti, L. ;
Barsuglia, M. ;
Barton, M. A. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Basti, A. ;
Batch, J. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2014, 785 (02)
[2]   Prospects for observing and localizing gravitational-wave transients with Advanced LIGO, Advanced Virgo and KAGRA [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. ;
Akutsu, T. ;
Allen, B. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Ando, M. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, A. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Asada, H. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Aso, Y. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atsuta, S. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Awai, K. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. ;
Baiotti, L. .
LIVING REVIEWS IN RELATIVITY, 2018, 21
[3]   Search for gravitational waves from Scorpius X-1 in the first Advanced LIGO observing run with a hidden Markov model [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, D. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Afrough, M. ;
Agarwal, B. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Almoubayyed, H. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
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. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
AultONeal, K. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. ;
Bae, S. ;
Baker, P. T. ;
Baldaccini, F. .
PHYSICAL REVIEW D, 2017, 95 (12)
[4]   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)
[5]   GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral [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, 2017, 119 (16)
[6]   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)
[7]   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)
[8]   Searches for Gravitational Waves from Known Pulsars at Two Harmonics in 2015-2017 LIGO Data [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. ;
Bailes, M. ;
Baker, P. T. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2019, 879 (01)
[9]   Upper Limits on Gravitational Waves from Scorpius X-1 from a Model-based Cross-correlation Search in Advanced LIGO Data [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. ;
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. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
AultONeal, K. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. ;
Bae, S. ;
Baker, P. T. ;
Baldaccini, F. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 847 (01)
[10]   Exploring the sensitivity of next generation gravitational wave detectors [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. R. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Altin, P. A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Arceneaux, C. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arun, K. G. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Babak, S. ;
Baker, P. T. ;
Ballmer, S. W. ;
Barayoga, J. C. ;
Barclay, S. E. ;
Barish, B. C. ;
Barker, D. ;
Barr, B. ;
Barsotti, L. ;
Bartlett, J. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Batch, J. C. ;
Baune, C. ;
Bell, A. S. ;
Berger, B. K. ;
Bergmann, G. ;
Berry, C. P. L. ;
Betzwieser, J. ;
Bhagwat, S. ;
Bhandare, R. ;
Bilenko, I. A. .
CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2017, 34 (04)