通过统一 HeunC 框架计算一般 Kerr 轨道引力波通量
广义相对论与量子宇宙学
2026-05-13 v2
摘要
极大质量比潮汐脉冲的建模依赖于对一般 Kerr 轨道引力波通量的准确且高效的计算。传统的频率域技术常因昂贵的辅助参数搜索以及在强场或高频区的数值不稳定性而受限。我们通过将角向和径向 Teukolsky 方程均表述为准共轭 Heun 函数的方式来解决这些挑战。采用混合解析连续算法计算连接系数,消除了对辅助参数的依赖,直接得到全局收敛解和散射振幅。为解决一般轨道中高度振荡的源积分函数,我们实现了自适应双幂映射数值积分。经过标准双精度算术的全面基准测试显示,对于总 radiative 通量(求和于 168 个低阶模式),本方法实现了约 的相对误差,计算成本通常比当前最先进的 GeneralizedSasakiNakamura.jl 和 pybhpt 软件包降低 3--13 倍。值得注意的是,对于高度振荡的高阶模式,本框架相对于专门的振荡积分器如 GeneralizedSasakiNakamura.jl 能实现最高 60 倍的加速。这些在精度和效率方面的实际表现为该框架建立为强场扰动理论的稳健工具,为高阶自力计算和快速、高精度波形生成提供了数值基础。
引用
@article{arxiv.2605.09250,
title = {Efficient and Stable Computation of Gravitational-Wave Fluxes from Generic Kerr Orbits via a Unified HeunC Framework},
author = {Changkai Chen and Zhoujian Cao and Jiliang Jing},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.09250},
year = {2026}
}
备注
23 bpages, 7 figures