Nanohertz Gravitational Wave Astronomy

نجوم امواج گرانشی نانوهرتز با استفاده از دقت زمان‌بندی فوق‌العاده تپ‌اخترها، شکار هیجان‌انگیز امواج گرانشی فرکانس پایین را بررسی می‌کند. این کتاب خواننده را به گشت و گذار در سراسر چشم انداز امواج گرانشی گسترده می برد، از تشخیص های LIGO گرفته تا جستجوی الگوهای قطبش در پس زمینه مایکروویو کیهانی، سپس باند فرکانس های نانوهرتزی را که آرایه های زمان بندی تپ اختر (PTAs) به آن حساس هستند، بررسی می کند. . در این نوار ممکن است جفت‌های زیادی از عظیم‌ترین سیاه‌چاله‌ها در کل کیهان وجود داشته باشد که همگی به صورت کر تابش می‌کنند تا پس‌زمینه‌ای از امواج گرانشی را ایجاد کنند. این کتاب نشان می‌دهد که چگونه چنین امواج گرانشی فرا کهکشانی می‌توانند زمان رسیدن پالس‌های رادیویی ناشی از تپ‌اخترهای کهکشانی را تغییر دهند، و چگونه می‌توانیم از الگوی انحراف زمان‌بندی مرتبط از بسیاری از تپ اخترها برای حذف سیگنال گریزان استفاده کنیم.

این کتاب رویکردی عمل‌گرایانه برای تجزیه و تحلیل داده‌ها دارد و نحوه انجام آن در عمل در آمارهای کلاسیک و بیزی و همچنین راهبردهای متعددی را که می‌توان برای بهینه‌سازی جستجوهای بیزی عددی در تحلیل‌های PTA استفاده کرد، توضیح می‌دهد. این کتاب با یک بحث کامل در مورد مدل داده برای جستجوی امواج گرانشی نانوهرتز، و یک مرور کلی از دستاوردهای گذشته، تلاش‌های حال و چشم‌انداز آینده برای PTA پایان می‌یابد.

این کتاب برای دانشجویان مقطع کارشناسی ارشد و مقطع کارشناسی قابل دسترسی است. دانشجویان فارغ التحصیل نجوم، و همچنین به عنوان یک مرجع میز مفید برای کارشناسان در این زمینه عمل می کند.

ویژگی‌های کلیدی:

• شامل یک مشتق کامل از پاسخ زمان‌بندی تپ‌اختر به امواج گرانشی و تابع کاهش همپوشانی برای PTA است.</ li>
• نمای کلی جامعی از اخترفیزیک منبع، و تأثیرات دینامیکی که سیگنال‌های موج گرانشی را شکل می‌دهند که PTAها به آن‌ها حساس هستند، ارائه می‌کند.
• به عنوان یک آغازگر دقیق در تجزیه و تحلیل داده های امواج گرانشی و تکنیک های عددی بیزی برای PTA ها عمل می کند.

Nanohertz Gravitational Wave Astronomy explores the exciting hunt for low frequency gravitational waves by using the extraordinary timing precision of pulsars. The book takes the reader on a tour across the expansive gravitational-wave landscape, from LIGO detections to the search for polarization patterns in the Cosmic Microwave Background, then hones in on the band of nanohertz frequencies that Pulsar Timing Arrays (PTAs) are sensitive to. Within this band may lie many pairs of the most massive black holes in the entire Universe, all radiating in chorus to produce a background of gravitational waves. The book shows how such extra-Galactic gravitational waves can alter the arrival times of radio pulses emanating from monitored Galactic pulsars, and how we can use the pattern of correlated timing deviations from many pulsars to tease out the elusive signal.

The book takes a pragmatic approach to data analysis, explaining how it is performed in practice within classical and Bayesian statistics, as well as the numerous strategies one can use to optimize numerical Bayesian searches in PTA analyses. It closes with a complete discussion of the data model for nanohertz gravitational wave searches, and an overview of the past achievements, present efforts, and future prospects for PTAs.

The book is accessible to upper division undergraduate students and graduate students of astronomy, and also serves as a useful desk reference for experts in the field.

Key features:

• Contains a complete derivation of the pulsar timing response to gravitational waves, and the overlap reduction function for PTAs.
• Presents a comprehensive overview of source astrophysics, and the dynamical influences that shape the gravitational wave signals that PTAs are sensitive to.
• Serves as a detailed primer on gravitational-wave data analysis and numerical Bayesian techniques for PTAs.