充分利用引力波建模的黑洞光谱学

致密天体并合遗迹的 Kerr 性质可通过在后并合信号中观测多个准正规模(QNMs)来揭示。当前实现这一目标的方法依赖于将数据与指数衰减正弦波的叠加进行匹配，其振幅由双黑洞(BBH)并合的数值相对论(NR)模拟拟合得到。这些模型假定能够正确估计引力波(GW)信号开始由扰动黑洞的 QNM 主导的时刻。本文表明，这一困难可通过使用多极 inspiral-merger-ringdown 波形（已在校准至 NR 模拟的有效单体形式体系(EOBNR)内发展）来克服。我们构建了一个参数化（无自旋）EOBNR 波形模型，其中 QNM 复频率为自由参数(pEOBNR)，并使用贝叶斯分析研究其在 GW150914 以及注入高斯噪声中 BBH 的合成 GW 信号中测量 QNM 的有效性。我们发现，与使用衰减正弦波之和相比，使用 pEOBNR 模型通常给出更强的约束；并且通过贝叶斯模型选择，我们还表明 pEOBNR 模型可成功用于寻找 ringdown 信号中偏离广义相对论的迹象。由于 pEOBNR 模型恰当地包含了 QNM 间的时间和相位偏移，它也非常适合一致地组合多次观测的信息——例如，我们发现对于设计灵敏度下的 Advanced LIGO 和 Virgo，约 $\sim 30$ 个类 GW150914 的 BBH 事件将需要以 $2\mbox{-}\sigma$ 水平 $\lesssim 5\%$ 的精度测量 $(2,2)$ 与 $(3,3)$ 模的基频以及 $(2,2)$ 模的衰减时间，从而允许检验黑洞的无毛猜想。