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偏心紧凑二体引力波脉冲相位公式中的自旋预cession效应:达到第二后牛顿阶

广义相对论与量子宇宙学 2026-03-24 v2 高能天体物理现象

摘要

辐射引力波的紧凑二体系统可表现出轨道偏心,以及任意自旋取向,导致轨道角动量、individual 自旋和轨道平面之间的预cession。虽然自旋对齐的偏心二体已被广泛研究,但同时包含偏心和 precessing 自旋效应的闭形式后牛顿 (PN) 表达式尚不存在。偏心性使轨道演化复杂化,因为求解耦合微分方程通常需要数值积分,这会减慢引力波波形的生成。我们利用轨道运动、自旋 precessing 和辐射反应之间的时间尺度分离,应用 Morras 等 (2025) 的 precessing 平均方法,消除自旋轨道和自旋-自旋动力学中对时间的显式依赖,直至第二 PN 阶。运用该框架,我们从轨道频率和偏心的演化方程中推导解析相位公式,将偏心视为小参数。获得偏心演化和引力波相位的闭式解,直至初始偏心的第八阶。我们还推广了包括自旋 precessing 效应的 TaylorT2 approximant,分别在 time 和 frequency 域计算轨道相位。为提高对 moderate 到 high 初始偏心的准确性,我们对 TaylorT2 相位进行了 resummation。这些结果提供了捕获偏心和 precessing 动力学耦合的高效闭式相位表达式,使更准确、计算可行的引力波波形建模成为数据分析所需。

关键词

引用

@article{arxiv.2511.12042,
  title  = {Spin precession effects in the phasing formula of eccentric compact binary inspirals up to the second post-Newtonian order},
  author = {Soham Bhattacharyya and Omkar Sridhar},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2511.12042},
  year   = {2026}
}

备注

20 pages, 3 figures, version as accepted by PRD