超越 Kerr 的黑洞谱学：下一代干涉仪下的不可知与基于理论的检验

黑洞谱学是在强场区检验引力并探测致密天体性质的一种干净而有力的工具。下一代地基探测器，如 Einstein Telescope 和 Cosmic Explorer，将观测到数千例具有高信噪比的双黑洞并合，从而精确测量 remnant 黑洞的准正规模频率和阻尼时间。在先前工作中，我们发展了广义相对论之外自旋黑洞准正规模谱的基于可观测量的参数化方法（ParSpec）。在本文中，我们利用该参数化提出如下问题：下一代探测器能否通过堆叠来自天体物理动机星族的多次双黑洞并合观测，探测或约束偏离 Kerr 谱的现象？我们聚焦于两类检验：(i) 不可知（零）检验，以及 (ii) 基于理论的检验，后者利用特定修正引力理论中的准正频率计算。我们特别考虑了两种二次引力理论（Einstein-scalar-Gauss-Bonnet 和动力学 Chern-Simons 引力）以及多种基于有效场论推广的广义相对论。我们发现，要对假想的广义相对论修正进行稳健推断，需要将慢旋转展开推进到高阶。即便具备高阶展开，仅 ringdown 观测可能不足以测量具有有量纲耦合常数的理论对 Kerr 谱的偏离。这是因为约束主要由“轻”黑洞 remnant 主导，而其中仅有少数在 ringdown 中具有足够高的信噪比。只要我们假设已知 remnant 黑洞的质量和自旋，下一代探测器的黑洞谱学或能对具有无量纲耦合的理论设定严格约束。