旋进、准圆且非自旋黑洞双星的第二阶引力自力、数值相对论与有效单体外波形比较

我们首次系统比较了由三种不同方法计算的旋进、准圆且非自旋黑洞双星所发射的引力波形：第二阶引力自力（2GSF）理论，如 1PAT1 模型所实现；数值相对论（NR），如 SXS 合作组所实现；以及有效单体（EOB）形式体系，如 TEOBResumS 波形模型所实现。为比较这些模型，我们同时使用标准时域波形对齐以及基于无量纲函数 $Q_\omega(\omega)\equiv \omega^2/\dot{\omega}$ 的规范不变分析，其中 $\omega$ 为引力波频率。我们分析了 1PAT1 模型的有效域，推导误差估计，并表明模型所忽略的最终向 plunge 的转捩效应所覆盖的频率区间远大于预期。限制于旋进区，我们发现对于质量比 $q = m_1/m_2\le 10$，TEOBResumS 与 NR 几乎不可区分，而 1PAT1 具有显著的 $\gtrsim 1$ rad 的相位偏差；相反，对于 $q\gtrsim 100$，1PAT1 估计在较大频率区间上相位误差 $<0.1$ rad，而 TEOBResumS 与其产生 $\gtrsim1$ rad 的相位差。最关键的是，在同一较大频率区间上，我们发现 TEOBResumS 与 1PAT1 在中间区 $15\lesssim q\lesssim 64$ 吻合良好，两者之间偏差 $<0.5$ rad。对 TEOBResumS 通量的简单修正进一步改善了 $q\gtrsim 30$ 时的吻合，将偏差降至 $\approx0.27$ rad，即便在 $q=128$ 时亦然。我们的结果为构建面向下一代引力波探测器的、涵盖中间及极端质量比旋进的 GSF 信息 EOB 模型铺平了道路。