用于进动双黑洞的精确高效波形模型

我们提出 IMRPhenomXODE，一种用于具有一般自旋构型的进动双黑洞(BBH)引力波(GW)信号的新现象学频域波形近似模型。我们基于 IMRPhenomXPHM [G. Pratten 等人, Phys. Rev. D 103, 104056 (2021)] 的成功（它是在包含自旋进动的 GW 数据分析中应用最广泛的波形模型之一），并引入两项额外的重要改进。首先，我们采用一种高效技术数值求解 (next-to)$^4$-leading-order 后牛顿进动方程，使我们能够准确确定轨道角动量 $\boldsymbol{\hat{L}}_{\rm N}$ 取向的演化，即使在具有复杂进动动力学（如过渡进动）的情形下。其次，我们根据 SEOBNRv4PHM [S. Ossokine 等人, Phys. Rev. D 102, 044055 (2020)] 重新校准与 $\boldsymbol{\hat{L}}_{\rm N}$ 共进动框架中 GW 模式的相位，以捕捉由进动引起的效应，例如与 $\boldsymbol{\hat{L}}_{\rm N}$ 对齐的自旋分量变化。通过纳入这些新特性，IMRPhenomXODE 与 SEOBNRv4PHM 的匹配度对大多数质量比 $q \geq 1/6$ 且任意自旋构型的 BBH 优于99%。相比之下，IMRPhenomXPHM 与 SEOBNRv4PHM 之间的失匹配度对 $q\lesssim 1/2$ 且具有大平面内或反对齐自旋分量的 BBH 常超过10%。我们的实现也具有计算高效性，对于长时长因而高频率分辨率的 BBH 信号，波形评估时间甚至可能短于 IMRPhenomXPHM。IMRPhenomXODE 的精度与效率使其成为 GW 事件搜索、参数估计分析以及底层种群性质推断的有价值工具。