아인슈타인이 1915년에 발표한 일반 상대성 이론을 통하여 중력파의 존재는 처음으로 예측되었다. 그 후 100여년 동안 여러가지 노력에도 불구하고 직접적인 검출을 하지 못했으나, 2015년 9월 14일 미국의 중력파 검출기인 LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory)에서 첫 번째 중력파를 직접적으로 관측하였다. 중력파는 질량을 가진 물질에 의하여 급격한 중력의 변화가 발생하면 시공간의 섭동이 파동의 형태로 퍼져 나가는 것을 말한다. 현재 가동중인 마이켈슨 간섭계기반의 중력파 검출기 (LIGO, Virgo, KAGRA)는 수 킬로미터의 L자형 팔을 사용하고 있으며, 3번의 LIGO 검출기 성능향상과 Virgo검출기의 합류로 지금까지 총 90개의 중력파를 관측하였다. 그 중에는 2개의 ...
아인슈타인이 1915년에 발표한 일반 상대성 이론을 통하여 중력파의 존재는 처음으로 예측되었다. 그 후 100여년 동안 여러가지 노력에도 불구하고 직접적인 검출을 하지 못했으나, 2015년 9월 14일 미국의 중력파 검출기인 LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory)에서 첫 번째 중력파를 직접적으로 관측하였다. 중력파는 질량을 가진 물질에 의하여 급격한 중력의 변화가 발생하면 시공간의 섭동이 파동의 형태로 퍼져 나가는 것을 말한다. 현재 가동중인 마이켈슨 간섭계기반의 중력파 검출기 (LIGO, Virgo, KAGRA)는 수 킬로미터의 L자형 팔을 사용하고 있으며, 3번의 LIGO 검출기 성능향상과 Virgo검출기의 합류로 지금까지 총 90개의 중력파를 관측하였다. 그 중에는 2개의 중성자별 병합 신호, 질량의 차이가 명확하게 큰 신호, 그리고 태양질량의 150배가 넘는 매우 큰 블랙홀 쌍성계의 신호와 같은 특별한 신호를 포함하고 있다. 현재 가동중인 지상 기반의 중력파 검출기에서는 관측 가능한 유력한 중력파원 중의 하나인 블랙홀 쌍성, 중성자별-블랙홀 쌍성과 같은 밀집 쌍성계의 충돌(Compact Binaries Coalescence, CBC)에서 발생하는 중력파 관측에 중점을 두고 있다. 두 개의 밀집물체가 서로 공전할 때 중력파의 방사로 인해 에너지를 잃음으로써 상대 거리가 줄어들어 결국 병합하게 된다. 이 과정 중에서 나선 공전 운동으로부터 발생하는 중력파형은 이론적으로 포스트-뉴토니언(post-Newtonian, pN) 방법으로 자세하게 기술될 수 있으며 이를 통해 정확한 파형공식을 유도할 수 있다. 본 논문에서는 pN방법을 기반으로 중력파형 모델인 TaylorF2과 이심률 수정항을 고려한 TaylorF2Ecc 모델을 사용하여 연구를 수행했다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 생성된 이 두가지 중력파형을 활용하여 베이지언 추론방법으로 중력파 자료분석을 수행 하였다. 본 논문에서 사용한 TaylorF2Ecc 파형 모델은 이심률 수정항을 3pN까지 고려하여 계산된 이론 파형으로 본 연구를 통하여 기존의 라이고 과학협력단(LIGO Scientific Collaboration, LSC)이 작성한 중력파 데이터 분석용 소프트웨어인 LAL(LIGO Algorithmic Library)Suite에 구현하였으며 라이고 과학 협력단으로부터 검증을 완료하였다. 본 연구에서는 조금 더 현실적인 중력파형 즉, TaylorF2Ecc파형모델을 사용하여 MCMC기반의 모수추정방법으로 중력파원의 이심률을 측정하였다. 만약 잘못된 파형을 선택하였을 때, 중력파원의 매개변수 결정에서 발생하는 계통오차에 대해서도 알아볼 수 있었다. 이 과정에서 이심율이 있는 중력파형을 이용하여 중력파원의 물리량을 결정함에 있어 많은 시간과 컴퓨터 비용이 드는 것을 보완 할 수 있는 입자 군집 최적화(Particle Swarms Optimization, PSO)알고리즘의 기본을 이해하고 이를 중력파 데이터 분석에 활용할 수 있는 방법을 제시하였다. PSO알고리즘을 바탕으로 중력파 신호의 매개변수의 최적값을 결정하는 코드를 구현하였고, 성능 향상을 위한 테스트를 실행하였다.
아인슈타인이 1915년에 발표한 일반 상대성 이론을 통하여 중력파의 존재는 처음으로 예측되었다. 그 후 100여년 동안 여러가지 노력에도 불구하고 직접적인 검출을 하지 못했으나, 2015년 9월 14일 미국의 중력파 검출기인 LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory)에서 첫 번째 중력파를 직접적으로 관측하였다. 중력파는 질량을 가진 물질에 의하여 급격한 중력의 변화가 발생하면 시공간의 섭동이 파동의 형태로 퍼져 나가는 것을 말한다. 현재 가동중인 마이켈슨 간섭계기반의 중력파 검출기 (LIGO, Virgo, KAGRA)는 수 킬로미터의 L자형 팔을 사용하고 있으며, 3번의 LIGO 검출기 성능향상과 Virgo검출기의 합류로 지금까지 총 90개의 중력파를 관측하였다. 그 중에는 2개의 중성자별 병합 신호, 질량의 차이가 명확하게 큰 신호, 그리고 태양질량의 150배가 넘는 매우 큰 블랙홀 쌍성계의 신호와 같은 특별한 신호를 포함하고 있다. 현재 가동중인 지상 기반의 중력파 검출기에서는 관측 가능한 유력한 중력파원 중의 하나인 블랙홀 쌍성, 중성자별-블랙홀 쌍성과 같은 밀집 쌍성계의 충돌(Compact Binaries Coalescence, CBC)에서 발생하는 중력파 관측에 중점을 두고 있다. 두 개의 밀집물체가 서로 공전할 때 중력파의 방사로 인해 에너지를 잃음으로써 상대 거리가 줄어들어 결국 병합하게 된다. 이 과정 중에서 나선 공전 운동으로부터 발생하는 중력파형은 이론적으로 포스트-뉴토니언(post-Newtonian, pN) 방법으로 자세하게 기술될 수 있으며 이를 통해 정확한 파형공식을 유도할 수 있다. 본 논문에서는 pN방법을 기반으로 중력파형 모델인 TaylorF2과 이심률 수정항을 고려한 TaylorF2Ecc 모델을 사용하여 연구를 수행했다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 생성된 이 두가지 중력파형을 활용하여 베이지언 추론방법으로 중력파 자료분석을 수행 하였다. 본 논문에서 사용한 TaylorF2Ecc 파형 모델은 이심률 수정항을 3pN까지 고려하여 계산된 이론 파형으로 본 연구를 통하여 기존의 라이고 과학협력단(LIGO Scientific Collaboration, LSC)이 작성한 중력파 데이터 분석용 소프트웨어인 LAL(LIGO Algorithmic Library)Suite에 구현하였으며 라이고 과학 협력단으로부터 검증을 완료하였다. 본 연구에서는 조금 더 현실적인 중력파형 즉, TaylorF2Ecc파형모델을 사용하여 MCMC기반의 모수추정방법으로 중력파원의 이심률을 측정하였다. 만약 잘못된 파형을 선택하였을 때, 중력파원의 매개변수 결정에서 발생하는 계통오차에 대해서도 알아볼 수 있었다. 이 과정에서 이심율이 있는 중력파형을 이용하여 중력파원의 물리량을 결정함에 있어 많은 시간과 컴퓨터 비용이 드는 것을 보완 할 수 있는 입자 군집 최적화(Particle Swarms Optimization, PSO)알고리즘의 기본을 이해하고 이를 중력파 데이터 분석에 활용할 수 있는 방법을 제시하였다. PSO알고리즘을 바탕으로 중력파 신호의 매개변수의 최적값을 결정하는 코드를 구현하였고, 성능 향상을 위한 테스트를 실행하였다.
The existence of gravitational waves was first predicted by the general relativity published by Einstein in 1915. It took more than 100 years for gravitational waves to be directly detected by the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) on September 14, 2015. Gravitational wave is...
The existence of gravitational waves was first predicted by the general relativity published by Einstein in 1915. It took more than 100 years for gravitational waves to be directly detected by the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) on September 14, 2015. Gravitational wave is considered as the perturbation of space-time that spreads out in the form of waves when an object with mass undergoes a rapid change in gravity. The currently operating ground-based interferometric gravitational wave observatories use a long-range Michelson interferometer. Joining Virgo and performing continuous improvements during three times observation runs have detected 90 events. Most of the events come from the black hole binary systems including some special signals which consist of the merging of two neutron stars, the first signal with a big mass difference, and the signal from a black hole binary system with more than 150M_sun. The current detector is mostly sensitive for compact binary coalescence (CBC) such as binary black holes and neutron star-black hole. As two compact objects are closer to each other, they lose energy by radiating gravitational waves, reducing their relative distances, and finally merging. In this process, the gravitational waveform generated from the inspiral phase can be described theoretically by adopting the post-Newtonian (pN) method. In this thesis, we simulate gravitational waves emitted from binary black holes, neutron star-black hole binary systems by making used of TaylorF2 and TaylorF2Ecc. Gravitational wave data analysis is performed by choosing Bayesian inference based on simulated waveforms. The TaylorF2Ecc waveform model used in this work is considered as a new waveform in the LIGO Algorithmic Library (a software for gravitational wave data analysis in LIGO Scientific Collaboration), and the theoretical waveform is calculated by taking the eccentricity correction terms up to 3pN. It is noted that our model was implemented and reviewed by the LSC. In this study, the eccentricity of the gravitational wave source is measured through the MCMC parameter estimation when using a more realistic gravitational waveform, the TaylorF2Ecc wave model. We determine systematic errors caused by choosing circular waveform for an eccentric signal. We remind the reader that the MCMC parameter estimation is a time-consuming and has a limitation for carrying out fast estimation. Therefore, we introduce Particle Swarms Optimization (PSO) technique to overcome these difficulties. Explicitly, we have adopted a PSO algorithm for gravitational wave data analysis, showing that it is regarded as an efficient method to find the optimal parameter values. We have made further improvements on the PSO algorithm.
The existence of gravitational waves was first predicted by the general relativity published by Einstein in 1915. It took more than 100 years for gravitational waves to be directly detected by the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) on September 14, 2015. Gravitational wave is considered as the perturbation of space-time that spreads out in the form of waves when an object with mass undergoes a rapid change in gravity. The currently operating ground-based interferometric gravitational wave observatories use a long-range Michelson interferometer. Joining Virgo and performing continuous improvements during three times observation runs have detected 90 events. Most of the events come from the black hole binary systems including some special signals which consist of the merging of two neutron stars, the first signal with a big mass difference, and the signal from a black hole binary system with more than 150M_sun. The current detector is mostly sensitive for compact binary coalescence (CBC) such as binary black holes and neutron star-black hole. As two compact objects are closer to each other, they lose energy by radiating gravitational waves, reducing their relative distances, and finally merging. In this process, the gravitational waveform generated from the inspiral phase can be described theoretically by adopting the post-Newtonian (pN) method. In this thesis, we simulate gravitational waves emitted from binary black holes, neutron star-black hole binary systems by making used of TaylorF2 and TaylorF2Ecc. Gravitational wave data analysis is performed by choosing Bayesian inference based on simulated waveforms. The TaylorF2Ecc waveform model used in this work is considered as a new waveform in the LIGO Algorithmic Library (a software for gravitational wave data analysis in LIGO Scientific Collaboration), and the theoretical waveform is calculated by taking the eccentricity correction terms up to 3pN. It is noted that our model was implemented and reviewed by the LSC. In this study, the eccentricity of the gravitational wave source is measured through the MCMC parameter estimation when using a more realistic gravitational waveform, the TaylorF2Ecc wave model. We determine systematic errors caused by choosing circular waveform for an eccentric signal. We remind the reader that the MCMC parameter estimation is a time-consuming and has a limitation for carrying out fast estimation. Therefore, we introduce Particle Swarms Optimization (PSO) technique to overcome these difficulties. Explicitly, we have adopted a PSO algorithm for gravitational wave data analysis, showing that it is regarded as an efficient method to find the optimal parameter values. We have made further improvements on the PSO algorithm.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.