用于强场区多模态引力波波形建模的新有效进动自旋

精确建模进动双黑洞穿过晚期旋进、并合与铃宕的完整引力波信号仍是一个具有挑战性的问题。一般双自旋系统进动动力学缺乏解析解，且问题的高维性，阻碍了将强场自旋进动信息纳入引力波数据分析中使用的半解析波形模型。此前，引入了有效进动自旋 $\chi_p$ 以减少自旋自由度数量。此处我们表明，仅 $\chi_p$ 不能准确再现高阶多极模式，特别是那些带有显著进动印记的模式，如 $(2,1)$-模式。为改进高阶模式内容，尤其为便于将强场区进动效应准确纳入波形模型，我们通过有效进动自旋矢量 $\vec{\chi}_\perp$ 引入一种新的降维方法，其考虑了来自两个黑洞的进动自旋信息。我们表明，这一改进的有效进动自旋（i）极好地模仿了完全进动构型的进动动力学，（ii）捕获了高阶模式中进动的标志性特征，且（iii）对绝大多数构型以高精度再现了 remnant 黑洞的终态。我们展示了这一二维进动自旋在强场区的效能，为以忠实表征穿过并合与 remnant 黑洞自旋的高阶模式来有意义地校准半解析波形模型的进动部分铺平了道路。