双黑洞并合中共同视界处的准正规模及其泛音

人们预期所有处于平衡态的天体物理黑洞都能很好地由 Kerr 解描述。此外，任何远离平衡态的黑洞，例如由致密双星并合初期形成或由大质量恒星坍缩形成的黑洞，最终都会达到最终的平衡 Kerr 态。在此达到平衡的过程中，在足够晚的时刻，我们预期该黑洞可被建模为围绕最终态的扰动。所发射的引力波将是阻尼正弦，其频率和阻尼时间由最终 Kerr 黑洞的准正规模谱给出。对这一情景的观测检验，常被称为黑洞光谱学，是引力波天文学的主要目标之一。最近有研究提出，包含高阶泛音的准正规模描述甚至可能在遗迹黑洞刚形成之后就成立。在这些时刻，黑洞预期是高度动态的，非线性效应可能很重要。本文从视界动力学的角度研究了这一非凡情景。我们利用高精度的简单构型模拟，即两个质量不等无自旋黑洞的对头碰撞，通过其剪切与多极矩来研究最终共同视界的动力学。我们表明，只要包含足够多的高阶泛音，它们确实能很好地由铃宕模的叠加描述。这一描述即便在形成后不久的高度动态最终黑洞上也成立。我们讨论了该结果对黑洞光谱学及我们对趋近平衡理解的意义与注意事项。