通过引力波特征区分黑洞自旋 - 轨道共振

如果双黑洞是由足够大质量的双星相继发生核心坍缩形成的，进动动力学可能会将其自旋 $\mathbf S_1$ 和 $\mathbf S_2$ 以及轨道角动量 $\mathbf L$ 对齐到一个平面内，使它们共同绕总角动量 $\mathbf J$ 进动。这些自旋取向被称为自旋 - 轨道共振，因为 $\mathbf S_1$、$\mathbf S_2$ 和 $\mathbf L$ 均以相同的频率进动以维持其平面构型。存在两类这样的自旋 - 轨道共振，它们地位相当，但区别在于两个自旋在轨道平面内的分量是平行还是反平行。每一类双黑洞所占的比例由其前身星的恒星演化决定，因此如果引力波探测器能够测量这一比例，就能为双黑洞的天体物理形成情景提供重要见解。在本文中，我们表明，即使在保守假设下（即沿 $\mathbf J$ 方向观测双黑洞，此时进动引起的引力波形调制最小），对于信噪比 $\rho \simeq 10$ 的事件（这是 Advanced LIGO/Virgo 首次探测预期的典型值），每个共振族中许多成员的波形都可以与对立族的所有成员区分开来。我们希望我们的初步发现能激发人们更深入地欣赏引力波探测器约束恒星天体物理学的能力，并刺激在更广阔的双黑洞参数空间中对自旋 - 轨道共振族可区分性的进一步研究。