通用旋进黑洞双星数值与后牛顿波形的比较
广义相对论与量子宇宙学
2009-11-13 v3 天体物理学
摘要
我们将首个长期、完全非线性的通用黑洞双星构型数值模拟的波形和轨道动力学与后牛顿预测进行了比较。该双星质量比 q~0.8，自旋大小任意取向，分别为 S_1/m_1^2~0.6 和 S_2/m_2^2~0.4，并在并合前绕转 9 圈。数值模拟从初始间距 r~11M 开始，轨道参数由初始间距 r=50M 的准圆双星在 2.5PN 和 3.5PN 后牛顿演化确定。根据 2.5PN 和 3.5PN 系统，所得双星的偏心率非常小，但在各自的数值模拟中显示出显著的偏心率 e~0.01-0.02 和 e~0.002-0.005，从而证明与 2.5PN 相比，3.5PN 显著降低了双星的偏心率。我们使用最大分辨率 h=M/48, M/53.3, M/59.3 从 r~11M 进行了三次数值演化，以验证数值收敛性。我们观察到 PN 波形与数值波形之间具有相当好的一致性，对于 (l=2,m=+-2) 模的前六个周期，重叠率接近 99%；对于 (l=2,m=+-1) 模，重叠率为 91%；对于 (l=3,m=+-3) 模，重叠率接近 91%。数值近似与后牛顿近似之间的相位差似乎与所考虑的 (l,m) 模无关，并且在最初 3-4 个轨道周期内相对较小。似乎观察到 3.5 PN 模型优于 2.5 PN 模型，这表明更高的 PN 阶数（甚至可能是 4.0PN）可能产生显著更好的波形。此外，我们识别出波形中可能与旋进和旋进引起的偏心率相关的特征。
引用
@article{arxiv.0808.0713,
title = {Comparison of Numerical and Post-Newtonian Waveforms for Generic Precessing Black-Hole Binaries},
author = {Manuela Campanelli and Carlos O. Lousto and Hiroyuki Nakano and Yosef Zlochower},
journal= {arXiv preprint arXiv:0808.0713},
year = {2009}
}
备注
New figures, enhanced analysis, revisions throughout the paper