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Eccentricity enables the earliest warning and localization of gravitational waves with ground-based detectors
Physical Review D ( IF 5 ) Pub Date : 2024-05-13 , DOI: 10.1103/physrevd.109.104041 Tao Yang 1, 2 , Rong-Gen Cai 3, 4, 5 , Zhoujian Cao 5, 6 , Hyung Mok Lee 2
Physical Review D ( IF 5 ) Pub Date : 2024-05-13 , DOI: 10.1103/physrevd.109.104041 Tao Yang 1, 2 , Rong-Gen Cai 3, 4, 5 , Zhoujian Cao 5, 6 , Hyung Mok Lee 2
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The early and precise localization of gravitational waves (GWs) is pivotal in detecting their electromagnetic (EM) counterparts, especially for binary neutron stars (BNS) and neutron star-black hole binaries (NSBH). In this letter, we pioneer the exploration of utilizing the higher harmonic modes induced by the eccentricity of compact binaries to localize GWs with ground-based detectors even before the quadrupole baseline mode enters the detector band. Our theoretical analysis marks a first in proposing a strategy for gaining the earliest possible warning and maximizing preparation time for observing pre and/or postmerger EM counterparts. We simulate three typical binaries from GWTC-3 with eccentricities ranging from 0.05 to 0.4. Our results reveal that the third-generation (3G) detectors (low-frequency cutoff ) can accumulate sufficient signal-to-noise ratios through higher modes before the onset of the baseline mode entry into the band. Notably, relying solely on the higher modes, the 3G detector network achieves an average localization on the order of around 1–1.8 hours before the merger of a GW170817-like BNS, and approximately 18–30 minutes prior to the merger of a GW200115-like NSBH. A localization is attainable even 2–4 hours prior to a BNS merger. Moreover, in the near face-on orientations which are generally more favorable for EM counterpart detection, the localization can be further improved.
中文翻译:
偏心率可以利用地面探测器对引力波进行最早的预警和定位
引力波(GW)的早期和精确定位对于探测其电磁(EM)对应物至关重要,特别是对于双中子星(BNS)和中子星-黑洞双星(NSBH)。在这封信中,我们率先探索利用致密双星偏心率引起的高次谐波模式,甚至在四极基线之前用地面探测器定位引力波模式进入检测器波段。我们的理论分析首次提出了一种策略,以尽可能早地获得预警并最大限度地延长观察合并前和/或合并后新兴市场同行的准备时间。我们模拟了 GWTC-3 中三个典型的双星,其偏心率范围为 0.05 到 0.4。我们的结果表明,第三代 (3G) 探测器(低频截止)可以在基线出现之前通过更高的模式积累足够的信噪比模式进入频段。值得注意的是,仅依靠更高的模式,3G 检测器网络实现平均本地化类似 GW170817 的 BNS 合并前大约 1-1.8 小时,并且在类似 GW200115 的 NSBH 合并之前大约 18-30 分钟。 A即使在 BNS 合并之前 2-4 小时也可以实现本地化。此外,在通常更有利于电磁对应物检测的近正面方向中,可以进一步改进定位。
更新日期:2024-05-13
中文翻译:
偏心率可以利用地面探测器对引力波进行最早的预警和定位
引力波(GW)的早期和精确定位对于探测其电磁(EM)对应物至关重要,特别是对于双中子星(BNS)和中子星-黑洞双星(NSBH)。在这封信中,我们率先探索利用致密双星偏心率引起的高次谐波模式,甚至在四极基线之前用地面探测器定位引力波模式进入检测器波段。我们的理论分析首次提出了一种策略,以尽可能早地获得预警并最大限度地延长观察合并前和/或合并后新兴市场同行的准备时间。我们模拟了 GWTC-3 中三个典型的双星,其偏心率范围为 0.05 到 0.4。我们的结果表明,第三代 (3G) 探测器(低频截止)可以在基线出现之前通过更高的模式积累足够的信噪比模式进入频段。值得注意的是,仅依靠更高的模式,3G 检测器网络实现平均本地化类似 GW170817 的 BNS 合并前大约 1-1.8 小时,并且在类似 GW200115 的 NSBH 合并之前大约 18-30 分钟。 A即使在 BNS 合并之前 2-4 小时也可以实现本地化。此外,在通常更有利于电磁对应物检测的近正面方向中,可以进一步改进定位。