利用数值相对论研究质量比高达 1000:1 的中等质量比黑洞双星并合

我们明确证明，当前的数值相对论技术能够精确演化质量比约为 1000:1 的黑洞双星。这一原理性验证对未来第三代（3G）引力波探测器和空间任务 LISA 具有重要意义，因为通过纯数值方法，我们能够根据广义相对论的直接预言精确计算黑洞并合最后阶段的引力波。我们在中等至小质量比区间 $m_1^p/m_2^p = 1/7, 1/16, 1/32, 1/64, 1/128, 1/256, 1/512, 1/1024$ 进行了一系列模拟，其中小黑洞从固有距离 $D\approx13M$ 处静止开始。我们将这些对撞式全数值演化与相应的半解析点粒子微扰结果进行比较，发现总引力辐射能量、线动量以及波形谱均高度吻合。我们展示了结果的数值收敛性，并确定了精确求解这些极低振幅引力波所需的最小数值分辨率。该工作是朝着将数值相对论波形应用于 LISA 及下一代地基引力波探测器引力波观测解释这一重大挑战迈出的第一步。