Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Forecasting the sensitivity of Pulsar Timing Arrays to gravitational wave backgrounds

Published 3 Apr 2024 in astro-ph.CO, astro-ph.HE, gr-qc, and hep-ph | (2404.02864v1)

Abstract: Pulsar Timing Array (PTA) observations hinted towards the existence of a stochastic gravitational wave background (SGWB) in the nHz frequency band. Still, the nature of the SGWB signal cannot be confidently inferred from current data, and the leading explanation invokes mergers of supermassive black holes. If confirmed, such discovery would not only represent a turning point in our understanding of astrophysics, but it may severely limit the capability of searching for additional cosmological sources in the nHz frequency range. In this work, we build a simple framework to forecast the sensitivity of future PTA configurations and assess the parameter estimation of SGWB, which could consist of several contributions. We release the python code fastPTA implementing this framework and ready to use.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (60)
  1. G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L8 (2023a), arXiv:2306.16213 [astro-ph.HE] .
  2. G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L9 (2023b), arXiv:2306.16217 [astro-ph.HE] .
  3. J. Antoniadis et al. (EPTA, InPTA:), Astron. Astrophys. 678, A50 (2023a), arXiv:2306.16214 [astro-ph.HE] .
  4. J. Antoniadis et al. (EPTA), Astron. Astrophys. 678, A48 (2023b), arXiv:2306.16224 [astro-ph.HE] .
  5. J. Antoniadis et al. (EPTA),   (2023c), arXiv:2306.16227 [astro-ph.CO] .
  6. D. J. Reardon et al., Astrophys. J. Lett. 951, L6 (2023a), arXiv:2306.16215 [astro-ph.HE] .
  7. A. Zic et al., Publ. Astron. Soc. Austral. 40, e049 (2023), arXiv:2306.16230 [astro-ph.HE] .
  8. D. J. Reardon et al., Astrophys. J. Lett. 951, L7 (2023b), arXiv:2306.16229 [astro-ph.HE] .
  9. H. Xu et al., Res. Astron. Astrophys. 23, 075024 (2023), arXiv:2306.16216 [astro-ph.HE] .
  10. R. w. Hellings and G. s. Downs, Astrophys. J. Lett. 265, L39 (1983).
  11. E. S. Phinney,   (2001), arXiv:astro-ph/0108028 .
  12. B. Kocsis and A. Sesana, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 411, 1467 (2011), arXiv:1002.0584 [astro-ph.CO] .
  13. D. Perrodin and A. Sesana, Astrophys. Space Sci. Libr. 457, 95 (2018), arXiv:1709.02816 [astro-ph.HE] .
  14. G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 952, L37 (2023c), arXiv:2306.16220 [astro-ph.HE] .
  15. A. Afzal et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L11 (2023), arXiv:2306.16219 [astro-ph.HE] .
  16. A. Ghoshal and A. Strumia, JCAP 02, 054 (2024), arXiv:2306.17158 [astro-ph.CO] .
  17. Z. Arzoumanian et al. (NANOGrav), Phys. Rev. Lett. 127, 251302 (2021), arXiv:2104.13930 [astro-ph.CO] .
  18. X. Xue et al., Phys. Rev. Lett. 127, 251303 (2021), arXiv:2110.03096 [astro-ph.CO] .
  19. M. Hindmarsh and J. Kume, JCAP 04, 045 (2023), arXiv:2210.06178 [astro-ph.CO] .
  20. Y. Gouttenoire and T. Volansky,   (2023), arXiv:2305.04942 [hep-ph] .
  21. S.-P. Li and K.-P. Xie, Phys. Rev. D 108, 055018 (2023), arXiv:2307.01086 [hep-ph] .
  22. J. Ellis and M. Lewicki, Phys. Rev. Lett. 126, 041304 (2021), arXiv:2009.06555 [astro-ph.CO] .
  23. R. Samanta and S. Datta, JHEP 05, 211 (2021), arXiv:2009.13452 [hep-ph] .
  24. H. An and C. Yang,   (2023), arXiv:2304.02361 [hep-ph] .
  25. Z.-Y. Qiu and Z.-H. Yu, Chin. Phys. C 47, 085104 (2023), arXiv:2304.02506 [hep-ph] .
  26. V. Vaskonen and H. Veermäe, Phys. Rev. Lett. 126, 051303 (2021), arXiv:2009.07832 [astro-ph.CO] .
  27. N. Bhaumik and R. K. Jain, Phys. Rev. D 104, 023531 (2021), arXiv:2009.10424 [astro-ph.CO] .
  28. K. Kohri and T. Terada, Phys. Lett. B 813, 136040 (2021), arXiv:2009.11853 [astro-ph.CO] .
  29. G. Domènech and S. Pi, Sci. China Phys. Mech. Astron. 65, 230411 (2022), arXiv:2010.03976 [astro-ph.CO] .
  30. R. Namba and M. Suzuki, Phys. Rev. D 102, 123527 (2020), arXiv:2009.13909 [astro-ph.CO] .
  31. M. Kawasaki and H. Nakatsuka, JCAP 05, 023 (2021), arXiv:2101.11244 [astro-ph.CO] .
  32. Z. Yi and Q. Fei, Eur. Phys. J. C 83, 82 (2023), arXiv:2210.03641 [astro-ph.CO] .
  33. Z. Yi, JCAP 03, 048 (2023), arXiv:2206.01039 [gr-qc] .
  34. S. Vagnozzi, JHEAp 39, 81 (2023), arXiv:2306.16912 [astro-ph.CO] .
  35. K. Murai and W. Yin, JHEP 10, 062 (2023), arXiv:2307.00628 [hep-ph] .
  36. R. A. Konoplya and A. Zhidenko,   (2023), arXiv:2307.01110 [gr-qc] .
  37. C. Smarra et al. (EPTA),   (2023), arXiv:2306.16228 [astro-ph.HE] .
  38. https://github.com/Mauropieroni/fastPTA/.
  39. W. DeRocco and J. A. Dror, Phys. Rev. Lett. 132, 101403 (2024), arXiv:2212.09751 [astro-ph.HE] .
  40. W. DeRocco and J. A. Dror, Phys. Rev. D 108, 103011 (2023), arXiv:2304.13042 [astro-ph.HE] .
  41. A. Chalumeau et al. (EPTA), Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 509, 5538 (2021), arXiv:2111.05186 [astro-ph.HE] .
  42. R. N. Caballero et al. (EPTA), Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 457, 4421 (2016), arXiv:1510.09194 [astro-ph.IM] .
  43. C. Caprini and D. G. Figueroa, Class. Quant. Grav. 35, 163001 (2018), arXiv:1801.04268 [astro-ph.CO] .
  44. A. Kehagias and A. Riotto,   (2024), arXiv:2401.10680 [gr-qc] .
  45. J. D. Romano and B. Allen,   (2023), arXiv:2308.05847 [gr-qc] .
  46. G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L10 (2023d), arXiv:2306.16218 [astro-ph.HE] .
  47. G. Agazie et al. (International Pulsar Timing Array),   (2023e), arXiv:2309.00693 [astro-ph.HE] .
  48. G. Janssen et al., PoS AASKA14, 037 (2015), arXiv:1501.00127 [astro-ph.IM] .
  49. T. J. W. Lazio, Class. Quant. Grav. 30, 224011 (2013).
  50. R. van Haasteren and M. Vallisneri, Phys. Rev. D 90, 104012 (2014), arXiv:1407.1838 [gr-qc] .
  51. J. Antoniadis et al. (EPTA, InPTA), Astron. Astrophys. 678, A49 (2023d), arXiv:2306.16225 [astro-ph.HE] .
  52. J. A. Ellis, M. Vallisneri, S. R. Taylor,  and P. T. Baker, “Enterprise: Enhanced numerical toolbox enabling a robust pulsar inference suite,” Zenodo (2020).
  53. S. R. Taylor, P. T. Baker, J. S. Hazboun, J. Simon,  and S. J. Vigeland, “enterprise_extensions,”  (2021), v2.3.3.
  54. J. Ellis and R. van Haasteren, “jellis18/ptmcmcsampler: Official release,”  (2017).
  55. N. S. Pol et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 911, L34 (2021), arXiv:2010.11950 [astro-ph.HE] .
  56. E. Roebber and G. Holder, Astrophys. J. 835, 21 (2017), arXiv:1609.06758 [astro-ph.CO] .
  57. B. Allen, Phys. Rev. D 107, 043018 (2023), arXiv:2205.05637 [gr-qc] .
  58. N. Aghanim et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A6 (2020), [Erratum: Astron.Astrophys. 652, C4 (2021)], arXiv:1807.06209 [astro-ph.CO] .
  59. C. C. et al.,   (2024), in preparation.
  60. S. Babak and A. Sesana, Phys. Rev. D 85, 044034 (2012), arXiv:1112.1075 [astro-ph.CO] .
Citations (5)
View on Semantic Scholar

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Sign Up to Summarize

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Sign Up to Generate All Videos Subscribe on YouTube

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Sign Up to Generate

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Generate Now

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Generate Now

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Sign Up

Tweets

Sign up for free to view the 2 tweets with 5 likes about this paper.

Sign Up for Free