基于扰动理论和数值相对论的旋转中间质比二体引力波替代模型

我们提出了 BHPTNRSur2dq1e3, 一个针对较大质比比例下、且 heavier mass ($m_1$) 上对齐自旋 ($\chi_1$) 的双黑洞 (BBH) 系统所发射引力波的简化阶模型。我们使用质比从 $3 \leq q \leq 1000$ 且自旋范围 $-0.8 \leq \chi_1 \leq 0.8$ 的点粒子黑洞扰动理论 (ppBHPT) 生成的波形数据训练了该模型。这些波形长度为 $13,500 \ m_1$,且包含至 $\ell = 4$ 的所有自旋加权球面谐模,但不包括 $(4,1)$ 和 $m = 0$ 模。我们发现对于 $\chi_1 \lesssim -0.5$ 的二体系,反向准脱落模式会被显著激发,这会使建模过程复杂化。为克服这一问题,我们引入了一种域分解方法,分别对信号的 inspiral 和 merger-ringdown 部分进行建模。 resulting model 可以忠实再现 ppBHPT 波形,其 median time-domain mismatch error 为 $8 \times 10^{-5}$。随后我们使用数值相对论 (NR) 数据在相当于大质比的比例 $(3 \leq q \leq 10)$ 进行校准。通过与质比为 $q = 15$ 的自旋对齐 BBH NR 模拟比较,我们发现当使用 time-domain mismatch error 时,主导二极化 (次要) 模在 $q = 15$ 处的 agreement 良好于 $\approx 10^{-3}$ ( $\approx 10^{-2}$ ),其中最大的校准误差来源于扰动理论的 transition-to-plunge 和 ringdown 近似。对于 $6 \leq q \leq 15$ 的系统,误差小于约 $10^{-2}$,且通常在更大的质比下误差会更小。我们的两个模型 - 包括 ppBHPT 波形模型和经 NR 校准的 ppBHPT 模型 - 都将通过 gwsurrogate 和 Black Hole Perturbation Toolkit 软件包公开提供。