LIGO高级校准中系统误差的表征

此处说明的是高级LIGO的范围及其检测合并的黑洞的能力。

先进的激光干涉仪重力波天文台（Advanced LIGO）检测器和处女座检测器已经直接观测到了紧凑的二元合并产生的瞬态重力波（GWs）。在进行一系列仪器升级以进一步提高灵敏度（例如更换测试质量和光学器件，增加激光功率并添加挤压光）之后，两个LIGO检测器与处女座一起于2019年4月1日开始了第三次观测（O3）并于2020年3月27日完成了为期一年的观测。

无量纲应变的时间序列由两个正交臂的长度的微分变化（由两个平均LIGO探测器的约4 km的平均平均臂长所确定）定义，用于确定对GW信号的检测并推断天体物理源的特性。（p显示了高级LIGO干涉仪的光学配置的概念图。）

由于存在噪声并且希望保持光学腔的谐振状态，因此检测器无法直接测量应变。差动臂位移被分配给测试质量的控制力所抑制。控制回路中的剩余差动臂位移被转换为数字化光电检测器输出信号。因此，应变是根据每个检测器的原始数字化电输出重建的，并具有检测器对应变的响应的精确模型。此重建过程称为检测器“校准”。估计的探测器响应以及重建的应变数据的准确性和精确度对于检测GW信号很重要，对于估计其天体参数至关重要。

了解，考虑和/或补偿升级后的探测器各部分的复数值响应可提高估计的探测器对GW响应的整体准确性。校准系统误差是估计的探测器响应与真实探测器响应的频率相关和时间相关的偏差。我们将描述我们对量化每个检测器响应的理解和方法的改进，并致力于定义系统误差起作用的所有位置。我们使用O3上半年（六个月）中的两个LIGO检测器来演示每个识别出的系统误差如何影响重构的应变并限制其中的统计不确定性。我们通过估计每个探测器响应（幅度和相位）的系统误差和不确定性的68％置信区间界限来报告应变数据的准确性和精确度。

在O3的上半部分，在最敏感的20-2000 Hz频段内，最佳校准数据的整体系统误差和不确定度在7％范围内，相位在4度（？）以内。估计在同一频带内，仅系统误差的幅度在2％以下，相位在2度以下。GW事件的当前检测及其天体参数的估计尚未受到这种系统误差和不确定性的限制。但是，随着全球GW检测器网络灵敏度的提高，检测器校准的系统误差和不确定性起着越来越重要的作用。由校准系统对估计的GW源参数，精确的天体物理学，人口研究，宇宙学和广义相对论的测试造成的限制是可能的。正在努力将本文中介绍的工作更好地集成到未来的GW数据分析中。新技术的研究和开发正在进行中，以进一步将校准系统的误差和不确定性降低到1％以下，这是将校准系统对天体和宇宙学结果的影响降至最低的关键里程碑。

由ANU OzGrav副研究员Lilli Sun撰写