Advanced LIGO 观测中子星--黑洞双星并合的引力波波形模型精度

包含中子星和黑洞的致密天体双星并合所辐射的引力波是地面引力波天文台 Advanced LIGO 和 Advanced Virgo 最感兴趣的源之一。Advanced LIGO 将对 $1.4\, M_\odot$ 中子星旋入 $10\,M_\odot$ 黑洞的过程敏感，最大探测距离约为 900 Mpc。要实现这种灵敏度并提取观测信号中印刻的物理信息，需要对双星系统进行精确建模以构建模板波形。在 NSBH 双星系统中，黑洞可能具有显著的角动量（自旋），这会影响发射引力波的相位演化。我们研究了后牛顿（PN）模板模拟 NSBH 双星旋进阶段发射引力波的能力。我们将黑洞自旋限制为与轨道角动量对齐，并比较了几种近似模型。我们考察了轨道动力学精度达 3.5PN 阶、自旋动力学完备至 2.5PN 阶的受限振幅波形。我们还考虑了包含最近推导出的 3.5PN 自旋 - 轨道项和 3PN 自旋 - 轨道尾项修正的 PN 波形。我们将这些近似模型与有效单体（effective-one-body）模型进行了比较。对于所有这些模型，在低到中等黑洞自旋情况下就开始出现巨大分歧，特别是对于自旋与轨道角动量反平行的双星系统。我们表明，这种发散始于早期旋进阶段，当 $\chi_{BH} \sim 0.4$ 时，$v \sim 0.2$。为了进行最优探测搜索并测量中子星--黑洞双星的参数，需要超出目前已知范围的 PN 自旋修正。虽然这增加了搜索的复杂性，但引力波信号对自旋动力学的强依赖性将使提取重要的天体物理信息成为可能。