进动双黑洞并合数值相对论模拟的引力波形代理模型

我们提出了首个用于进动双黑洞并合引力波形的代理模型。我们将此代理模型称为 NRSur4d2s。我们的方法显著扩展了最近引入的降阶和代理建模技术，能够直接对数值相对论波形进行建模，而无需引入唯象假设或对广义相对论的近似。受 GW150914（LIGO 首次探测到合并黑洞产生的引力波）的启发，该模型基于一组包含 $276$ 次数值相对论（NR）模拟的数据构建，这些模拟的质量比 $q \leq 2$，无量纲自旋幅度高达 $0.8$，并限制较小黑洞的初始自旋沿轨道角动量轴方向。它产生的波形从并合前约 $\sim 30$ 个引力波周期开始，并持续到振铃阶段，且包含进动效应以及所有 $\ell \in \{2, 3\}$ 自旋加权球谐模式。我们进行了交叉验证研究，将模型与未用于构建该模型的 NR 波形进行比较，发现在模型的参数范围内，其一致性优于其他最先进的进动波形模型，典型失配为 $10^{-3}$。我们还构建了一个频域代理模型（称为 NRSur4d2s_FDROM），其评估耗时 $50\, \mathrm{ms}$，适用于对类似于 GW150914 的引力波探测进行参数估计研究。