以黑洞铃宕探测高曲率修正引力理论

探测来自并合致密双星的引力波,使我们能够探索广义相对论的动力学非线性 regime 并约束对其的修正。LIGO-Virgo合作组织观测到的部分引力波事件在并合处具有足够高的信噪比,使我们能够探测 remnant 黑洞弛豫至其最终稳态——即所谓黑洞铃宕(由一组准正规模刻画)的过程。我们能否利用铃宕来约束对广义相对论的偏离,正如若干竞争理论所预言的?此处,我们通过使用有效单体形式下的 inspiral-merger-ringdown 波形模型,并辅以基于最终黑洞自旋展开的铃宕参数化,来解答此问题。我们给出了如何在该波形模型中纳入按理论逐一计算的准正规模频率的方案。特别地,我们聚焦于通过高阶曲率修正修改广义相对论的理论,即 Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet (EdGB)、动力学 Chern-Simons (dCS) 理论,以及广义相对论的三阶与四阶有效场论(EFT)。我们利用该参数化波形模型测量了迄今观测到的两个最响亮铃宕信号 GW150914 与 GW200129 的铃宕性质。我们发现,虽然 EdGB 理论无法由这些事件约束,但我们可以对广义相对论三阶($\ell_{\rm cEFT} \leqslant 38.2$ km)与四阶($\ell_{\rm qEFT} \leqslant 51.3$ km)EFT 以及 dCS 引力($\ell_{\rm dCS} \leqslant 38.7$ km)的基本长度尺度给出上限。后者是一个具体例子:该理论目前未被仅 inspiral 的分析所约束,但可由当前引力波数据的并合-铃宕研究加以约束。