Sliding coherence window technique for hierarchical detection of continuous gravitational waves

A novel hierarchical search technique is presented for all-sky surveys for continuous gravitational-wave sources, such as rapidly spinning nonaxisymmetric neutron stars. Analyzing yearlong detector data sets over realistic ranges of parameter space using fully coherent matched-filtering is computationally prohibitive. Thus more efficient, so-called hierarchical techniques are essential. Traditionally, the standard hierarchical approach consists of dividing the data into nonoverlapping segments of which each is coherently analyzed and subsequently the matched-filter outputs from all segments are combined incoherently. The present work proposes to break the data into subsegments shorter than the desired maximum coherence time span (size of the coherence window). Then matched-filter outputs from the different subsegments are efficiently combined by sliding the coherence window in time: Subsegments whose timestamps are closer than coherence window size are combined coherently, otherwise incoherently. Compared to the standard scheme at the same coherence time baseline, data sets longer by about 50-100% would have to be analyzed to achieve the same search sensitivity as with the sliding coherence window approach. Numerical simulations attest to the analytically estimated improvement.Comment: 11 pages, 4 figure

Parameter-space correlations of the optimal statistic for continuous gravitational-wave detection

The phase parameters of matched-filtering searches for continuous gravitational-wave signals are sky position, frequency and frequency time-derivatives. The space of these parameters features strong global correlations in the optimal detection statistic. For observation times smaller than one year, the orbital motion of the Earth leads to a family of global-correlation equations which describes the "global maximum structure" of the detection statistic. The solution to each of these equations is a different hypersurface in parameter space. The expected detection statistic is maximal at the intersection of these hypersurfaces. The global maximum structure of the detection statistic from stationary instrumental-noise artifacts is also described by the global-correlation equations. This permits the construction of a veto method which excludes false candidate events.Comment: 17 pages, 10 figure

Efficient generation and optimization of stochastic template banks by a neighboring cell algorithm

Placing signal templates (grid points) as efficiently as possible to cover a multi-dimensional parameter space is crucial in computing-intensive matched-filtering searches for gravitational waves, but also in similar searches in other fields of astronomy. To generate efficient coverings of arbitrary parameter spaces, stochastic template banks have been advocated, where templates are placed at random while rejecting those too close to others. However, in this simple scheme, for each new random point its distance to every template in the existing bank is computed. This rapidly increasing number of distance computations can render the acceptance of new templates computationally prohibitive, particularly for wide parameter spaces or in large dimensions. This work presents a neighboring cell algorithm that can dramatically improve the efficiency of constructing a stochastic template bank. By dividing the parameter space into sub-volumes (cells), for an arbitrary point an efficient hashing technique is exploited to obtain the index of its enclosing cell along with the parameters of its neighboring templates. Hence only distances to these neighboring templates in the bank are computed, massively lowering the overall computing cost, as demonstrated in simple examples. Furthermore, we propose a novel method based on this technique to increase the fraction of covered parameter space solely by directed template shifts, without adding any templates. As is demonstrated in examples, this method can be highly effective..Comment: PRD accepte

Gamma-ray Timing of Redback PSR J2339-0533: Hints for Gravitational Quadrupole Moment Changes

We present the results of precision gamma-ray timing measurements of the binary millisecond pulsar PSR J2339$-$0533, an irradiating system of "redback" type, using data from the Fermi Large Area Telescope. We describe an optimized analysis method to determine a long-term phase-coherent timing solution spanning more than six years, including a measured eccentricity of the binary orbit and constraints on the proper motion of the system. A major result of this timing analysis is the discovery of an extreme variation of the nominal 4.6-hour orbital period $P_{\rm orb}$ over time, showing alternating epochs of decrease and increase. We inferred a cyclic modulation of $P_{\rm orb}$ with an approximate cycle duration of 4.2 years and a modulation amplitude of $\Delta P_{\rm orb}/ P_{\rm orb} = 2.3 \times 10^{-7}$. Considering different possible physical causes, the observed orbital-period modulation most likely results from a variable gravitational quadrupole moment of the companion star due to cyclic magnetic activity in its convective zone.Comment: 9 pages, 2 figure

Optimized Blind Gamma-ray Pulsar Searches at Fixed Computing Budget

The sensitivity of blind gamma-ray pulsar searches in multiple years worth of photon data, as from the Fermi LAT, is primarily limited by the finite computational resources available. Addressing this "needle in a haystack" problem, we here present methods for optimizing blind searches to achieve the highest sensitivity at fixed computing cost. For both coherent and semicoherent methods, we consider their statistical properties and study their search sensitivity under computational constraints. The results validate a multistage strategy, where the first stage scans the entire parameter space using an efficient semicoherent method and promising candidates are then refined through a fully coherent analysis. We also find that for the first stage of a blind search incoherent harmonic summing of powers is not worthwhile at fixed computing cost for typical gamma-ray pulsars. Further enhancing sensitivity, we present efficiency-improved interpolation techniques for the semicoherent search stage. Via realistic simulations we demonstrate that overall these optimizations can significantly lower the minimum detectable pulsed fraction by almost 50% at the same computational expense.Comment: 22 pages, 13 figures; includes ApJ proof correction

Freud's Case Studies and the Locus of Psychoanalytic Knowledge

Reading through Sigmund Freud's case studies in chronological order is a most instructive experience for anyone interested in the intellectual history of psychoanalysis. One quickly sees, for example, how Freud's technique evolved from the methodical and rather intrusive attempts to dispel particular symptoms that we observe in Studies on Hystem'a ( 1 895) to the method of free association that he describes in his report on the case of Dora (1905). Or one sees how Freud's conception of the transference developed, from the primitive notion of transference as something to be avoided or dispelled, to the mature conception of transference as the invaluable center of analysis, the very phenomenon that has to be analyzed (again in the analysis of Dora). In this paper 1 shall review Freud's case studies with still another trajectory in mind: how Freud's sense of the significance of his written case studies themselves evolved. 1 shall show how his inital embarrassment over the necessity of describing his cases in great detail was eventually supplanted by a confidence that his case studies were important vehicles of psychoanalytic knowledge. As his attitude changed, his initial anxiety about how other medical and natural scientific readers would adjudicate his cases was displaced by a willingness to assert delicate, tenuous hypotheses in his cases, largely for the benefit of the psychoanalytic community itself. And on a more abstract and perhaps less conscious level, the positivistic belief in the importante of theory and the objective verifiability of hypotheses that Freud had subscribed to from the time he had decided to study medicine was at least temporarily challenged by another view of knowledge, a view that 1 shall try to clarify in this paper

Parameter-space metric of semicoherent searches for continuous gravitational waves

Continuous gravitational-wave (CW) signals such as emitted by spinning neutron stars are an important target class for current detectors. However, the enormous computational demand prohibits fully coherent broadband all-sky searches for prior unknown CW sources over wide ranges of parameter space and for yearlong observation times. More efficient hierarchical "semicoherent" search strategies divide the data into segments much shorter than one year, which are analyzed coherently; then detection statistics from different segments are combined incoherently. To optimally perform the incoherent combination, understanding of the underlying parameter-space structure is requisite. This problem is addressed here by using new coordinates on the parameter space, which yield the first analytical parameter-space metric for the incoherent combination step. This semicoherent metric applies to broadband all-sky surveys (also embedding directed searches at fixed sky position) for isolated CW sources. Furthermore, the additional metric resolution attained through the combination of segments is studied. From the search parameters (sky position, frequency, and frequency derivatives), solely the metric resolution in the frequency derivatives is found to significantly increase with the number of segments.Comment: 14 pages, 5 figures (matching Phys.Rev.D version

Klimawandel: Internationaler Emissionshandel nach den Regeln des Kyoto-Protokolls

Die völkerrechtliche Vorlesung „ Internationaler Emissionshandel nach den Regeln des Kyoto- Protokolls“ - begleitet von einer Power Point Präsentation -stellt die These auf und führt den Nachweis, dass für den ab 01.Januar 2005 vorgesehenen Europäischen Emissionshandel sich ein faktisches völkerrechtlich verbindliches Normengefüge des Kyoto Protokolls von 1997 entwickelt hat, obwohl das Protokoll selbst im Januar 2004 noch nicht in Kraft getreten ist. Die Vorlesung fand auf Einladung im Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit am 22. Januar 2004 in Berlin statt, vor dem Deutsch-Bulgarischen Kooperationsrat, Arbeitsgruppe „ Energie“. Der Verfasser führt zur Sach-und Rechtslage aus: Insbesondere die sich häufenden und in ihrer Intensität weltweit zunehmenden Flutkatastrophen und wiederkehrenden tropischen Wirbelstürme hatten in der Europäischen Union und auf der Ebene ihrer Mitgliedstaaten die gesetzgeberischen Bemühungen um geeignete Vorsorgemaßnahmen im Klimaschutz weiter vorangetrieben, auch wenn das am 11. Dezember 1997 von der EU und ihren Mitgliedstaaten unterzeichnete Protokoll von Kyoto bislang noch nicht in Kraft getreten war -wegen der unentschlossenen Haltung des russischen Parlaments, der Ratifizierung des Protokolls zuzustimmen oder nicht. Vorgestellt werden die zentralen völkerrechtlich verbindlichen Rahmenvorschriften des Kyoto-Protokolls für die Schaffung und Funktion des internationalen Emissionshandels vor.Die Bedeutung, welche die völkerrechtli- chen Verpflichtungen aus dem Kyoto-Protokoll als rechtlich verbindlicher Rahmen für unternehmerische Entscheidungen in Rechtssicherheit und Planungssicherheit haben.Unschädlich für die Rechtssicherheit unternehmerischer Entscheidungen im Rahmen des kommenden europäischen Emissionshandelssystems sei, dass das Protokoll im Januar 2004 noch nicht in Kraft ist und es auch noch offen bleiben müsse, ob und wann das russische Parlament das Protokoll ratifizieren werde. Denn das EU-Richtlinienrecht habe sich der Regeln des Kyoto-Protokolls angenommen, indem das EU-Richtlinienrecht für den Raum der Europäischen Union ein Emissionshandelssystem nach Maßgabe des Kyoto-Protokolls verbindlich regele. Dargestellt werden die Funktionsweise des internationalen Emissionshandels sowie offene praktische Fragen von Bedeutung für einen funktionierenden internationalen Markt für den Handel mit Emissionsrechten. Beleuchtet wird die preispolitische Auswirkung, welche die im Januar 2004 noch ausstehende strategische Entscheidung Russlands auf den Weltmarkt der Emissionsrechte haben kann, wie Russland seine Emissionsrechte auf dem Markt einzusetzen gedenkt. Das Referat würdigt auch die bereits im Januar 2004 sich abzeichnende internationale Kritik am Kyoto-Protokoll und begrüsst, dass das Kyoto-Protokoll grundsätzlich nicht verworfen, sondern weiterhin für notwendig gehalten wird im Kampf gegen eine weitere Verschärfung des Klimawandels: das Protokoll bleibe zu ergänzen durch zusätzliche technische Vorsorgemaßnahmen auf nationaler Ebene in Weltregionen mit besonderem Gefährdungspotential exponierter Lagen von Küstenregionen wie z.B. in Bangladesh oder im gesamten karibischen Raum ,im Golf von Mexiko, an der Südküste der Vereinigten Staaten. Die Vorlesung erläutert schliesslich die flexiblen Instrumente des Kyoto-Protokolls, die für Unternehmen aus westlichen Industrieländern Bedeutung haben, die ihre Marktchancen mithilfe dieser Instrumente nutzen können: Sie können mithilfe sog. Joint Implementation Projekte Modernisierungsinvestitionen vornehmen. Gemeinsam mit Unternehmen der Energiewirtschaft in Ländern des Übergangs zur Marktwirtschaft in Mittel-, Ost-und Südosteuropa können Unternehmen aus Industrieländern Projekte zur Verbesserung der Energieeffizienz in Produktion, Verteilung und Verbrauch verwirklichen. Für die erzielte Verringerung von Emissionen erwerben investierende Unternehmen entsprechend anrechenbare Mengen von Gutschriften für Emissionsrechte. Diese aus Joint Implementation Projekten erzielten Gutschriften können investierende Unternehmen entweder für ihre eigene jährliche Emissionsbilanz verwenden oder aber mit dem Verkauf von überschüssigen Emissionsrechten die finanzielle Liquidität ihres Unternehmens verbessern . In der Praxis maßgebliche Investitionsbereiche werden angeführt

Europäisches Klimaschutzrecht -neue Perspektiven der EU-Rechtsetzung über Emissionshandel

Der Verfasser befasst sich mit neuen Perspektiven des europäischen Klimaschutzrechts. Anlaß ist ein in Kürze zu erwartender neuer Richtlinienentwurf der EU-Kommission zur Reform des geltenden EU-Richtlinienrechts über europäischen Emissionsrechtehandel. Untersucht wird, ob das auf Verbesserung des Handelssystems zielende Vorhaben Chancen hat, das Ziel eines wirksamen Klimaschutzes zu erreichen. Der Verfasser beschreibt den aus völkerrechtlichen Regeln des Kyoto-Protokolls, EU-Richtlinienrechts und deutschen Rechts des Treibhausgas-Emissionshandelsgesetzes und des Gesetzes über die Zuteilung (Allokation) von Emissionsrechten bestehenden Ordnungsrahmen für die bisherige Entwicklung eines europäischen Emisssionsrechtehandels, als Instrument im Dienst eines gewollt kosteneffizienten Klimaschutzes. Dieser geltende Ordnungsrahmen wird analysiert, ob seine tatsächliche Nutzung Marktentscheidungen betroffener Unternehmen erlaubt, sich kostenbewusst zu entscheiden im Spannungsfeld zwischen kurzfristigen wirtschaftlichen, überwiegend betriebswirtschaftlichen Unternehmensinteressen und langfristigen Interessen an nachhaltigem, wirksamen Klimaschutz. Der Verfasser erinnert an die grundlegende Philosophie des Kyoto-Protokolls, dass seine gesetzgeberische Umsetzung zu kostenbewussten Marktentscheidungen motivieren muss. Kostenbewusste Marktentscheidungen auf dem Gebiet des Emissionsrechtehandels sind Unternehmensentscheidungen über die Frage, ob sie ihre Pflichten zur Verringerung von CO2 –Ausstoß erreichen wollen durch die Wahl betriebsinterner Modernisierungsinvestitionen mit der Vermeidung von Kosten, die andernfalls durch den Erwerb von Emissionsrechten entstehen würden, soweit der Erwerbspreis für Emissionsrechte höher sein würde als der zu zahlende Preis für betriebsinterne Unternehmensinvestitionen. Vor dem Hintergrund der beschriebenen Defizite in der bisherigen Entwicklung eines Marktes für Emissionsrechte befürwortet der Verfasser die Absicht des Reformvorhabens der EU-Kommission, die Lehre aus der Vergangenheit zu ziehen, durch eine Verknappung der Zahl von Emissionsrechten und durch eine entgeltliche Vergabe ab 2013 die Voraussetzungen für einen stabilen und im Sinne des Klimaschutzes wirksamen Emissionshandelsmarkt zu schaffen. Dies bedeutet, eine Entwicklung einzuleiten, die zu einem Preisanstieg von Emissionsrechten über die bisherigen Durchschnittspreise zwischen 15 – 35 Euro pro CO2-Tonnen Äquivalent hinaus führt und damit indirekt zu einem weiteren Anstieg der Kosten für Energieerzeugung beizutragen. Der Verfasser anerkennt auch die Absicht der EU-Kommission, das System umfassend entgeltlichen Erwerbs von Emissionsrechten erst im Zuge eines weltweit wirksamen Handelsmarktes für CO2-Emissionsrechte greifen zu lassen. Dies vermeidet Produktionsverlagerungen in Gebiete ausserhalb der EU mit geringeren Anforderungen an Unternehmen. Für den Verfasser auf der Hand liegt der komplexe Zusammenhang der Problematik, eine Verschärfung des geltenden Rechts des europäischen Emissionshandels an die Entwicklung eines funktionierenden weitgehend universalen Marktes für Emissionsrechte zu knüpfen, wie dies der Vorschlag der EU-Kommission aus seiner Sicht zu Recht beabsichtigt. Der Verfasser erinnert an die noch immer ausstehende universale Beteiligung am Kyoto-Protokoll, gemeint ist vor allem die ausstehende Beteiligung der USA und Chinas, welche einem funktionierenden universalen Markt nicht förderlich ist. Der Verfasser bejaht, dass es gilt, das Risiko zu minimieren, dass vom europäischen Klimaschutzrecht betroffene Unternehmen Schlupflöcher außerhalb der EU suchen, um dort ohne Kosten für den Klimaschutz zu produzieren. Die Hemmschwelle hierfür darf nach Auffassung des Autors allerdings nicht dadurch gesenkt werden, dass der EU-Gesetzgeber- Parlament und Rat- im anstehenden Gesetzgebungsprozeß unangemessenen Forderungen der Stromwirtschaft nachgeben: Die EU würde sonst weltweit ein schlechtes Vorbild abgeben, wenn Rat und Parlament den Zeitplan für die Einführung des Systems des entgeltlichen Erwerbs von Emissionsrechten weit nach hinten, nämlich erst in das Jahr 2020 verschieben würden, obwohl ein System entgeltlichen Erwerbs von CO2-Emissionsrechten bereits für die verbindliche Phase des europäischen Emissionshandels 2008 – 2012 notwendig gewesen wäre, nachdem die stromerzeugenden Unternehmen bereits in der Probephase 2005 – 2007 mit dem System des kostenlosen Erwerb Zeit für ihre Anpassung hatten. Der Verfasser hält daher zügige und nachhaltige Verbesserung des bisherigen Systems für dringlich. Die Forderung stromerzeugender Unternehmen sei nicht glaubhaft, ihnen müsse noch mehr Zeit für ihre Anpassung an die Einführung eines entgeltlichen Erwerbs von CO2-Rechten eingeräumt werden. Die „windfall profits“, die sie bisher erzielen, weil sie höhere Stromerzeugungskosten mit Kosten für den Erwerb von CO2-Emissionsrechten begründen, die ihnen wegen des bisher kostenlosen Erwerbs in Wahrheit nicht entstanden sind, beweisen in Verbindung mit den öffentlichen Diskussionen seit 2002/2003 über die Vorbereitungen der einschlägigen Gesetzgebung, dass die stromerzeugenden Unternehmen nicht erst mit der Vorlage des jetzigen Reformvorschlags der Kommission im Januar 2008 Gelegenheit haben, sich auf die Reformen vorzubereiten