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快速与傅里叶:频域中的极端质量比旋进波形

广义相对论与量子宇宙学 2024-01-17 v2 高能天体物理现象 天体物理仪器与方法

摘要

极端质量比旋进(EMRIs)是未来空间引力波干涉仪的关键源之一。EMRI引力波的测量有望以亚百分精度确定其源的特性。然而,由于其信号持续时间长且高谐内容丰富,波形生成具有挑战性。在此,我们提出首个可直接使用的Schwarzschild偏心EMRI频域波形实现,可用于图形处理单元(GPUs)或中央处理单元(CPUs)。我们给出了整体波形实现,并针对时域实现测试了频域波形的精度与性能。在GPU上,频域波形生成中位耗时为0.0440.044秒,并且当考虑质量2×106M\geq 2 \times 10^6 \,{\rm M_\odot}的大质量黑洞和初始偏心率e0>0.2e_0 > 0.2时,其计算速度是其时域对应物的两倍。在CPU上,中位波形求值时间为55秒,且频域比时域快五倍。使用更稀疏的频率阵列可进一步加速波形生成,达到至多0.30.3秒。这使我们首次能够在CPU上用完全相对论的波形进行EMRI参数推断。未来涵盖更宽源特性(特别是黑洞自旋和一般轨道几何)的EMRI模型将需要显著更多的谐波。频域模型将是这些天体物理上真实且重要信号的关键分析工具。

关键词

引用

@article{arxiv.2307.12585,
  title  = {Fast and Fourier: Extreme Mass Ratio Inspiral Waveforms in the Frequency Domain},
  author = {Lorenzo Speri and Michael L. Katz and Alvin J. K. Chua and Scott A. Hughes and Niels Warburton and Jonathan E. Thompson and Christian E. A. Chapman-Bird and Jonathan R. Gair},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2307.12585},
  year   = {2024}
}

备注

23 pages, 6 figures