精确计算黑洞附近自旋体束缚轨道 I：一般框架与近赤道轨道结果
广义相对论与量子宇宙学
2022-07-13 v2 高能天体物理现象
摘要
极大质量比双黑洞系统备受关注，既因为它是广义相对论中两体问题的干净极限，也因其作为低频引力波源的重要性。在最低阶近似下，较小天体沿较大黑洞时空的测地线运动。后测地线效应包括引力自力（纳入了引力波发射的反作用）以及自旋曲率力（源于小天体自旋与黑洞时空曲率的耦合）。在本文中，我们描述了一种精确计算黑洞附近自旋体束缚轨道的方法。我们的分析建立在 Witzany 的开创性工作之上，该工作演示了如何将自旋体运动描述至小天体自旋的线性阶。利用大质量比极限下自旋体轨道接近测地线这一事实，并使用 van de Meent 描述小天体自旋沿黑洞轨道进动的闭式结果，我们发展了一种可被精确求解的运动频域表述。我们用该表述考察了一系列轨道，本文重点关注偏心且近赤道的轨道（即轨道运动偏离赤道平面的幅度为 ），但小天体自旋方向可任意取向。我们在配套论文中讨论具有一般小天体自旋取向的一般轨道。我们表征了这些轨道的行为，并展示了小天体自旋如何偏移影响轨道运动的频率 和 。这些频率偏移改变了累积相位，而累积相位是直接的引力波可观测量，这说明了精确表征这些量对于引力波观测的重要性。（节选）
引用
@article{arxiv.2201.13334,
title = {Precisely computing bound orbits of spinning bodies around black holes I: General framework and results for nearly equatorial orbits},
author = {Lisa V. Drummond and Scott A. Hughes},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.13334},
year = {2022}
}
备注
38 pages, 5 figures, submitted to Physical Review D; corrected typo in Equation (C6)