混合数值相对论双黑洞波形的代理模型

数值相对论（NR）模拟提供了最精确的双黑洞引力波形，但对于参数估计等应用而言计算代价过高。已有研究表明，NR 波形的代理模型既快速又准确。然而，基于 NR 的代理模型受限于训练波形的长度，通常仅为并合前约 20 个轨道。我们通过使用后牛顿和等效一体波形对早期旋进进行混合，从而弥补了这一不足。我们提出了 NRHybSur3dq8，一种用于混合非进动数值相对论波形的代理模型，该模型对总质量低至 $2.25\,M_{\odot}$ 的恒星质量双星在整个人类引力波探测器 LIGO 频段（从 $20~\text{Hz}$ 起）内有效。我们包含了 $\ell \leq 4$ 以及 $(5,5)$ 自旋加权球谐模式，但不包含 $(4,1)$ 或 $(4,0)$ 模式。该模型基于 104 个质量比 $q\leq8$、且 $|\chi_{1z}|,|\chi_{2z}| \leq 0.8$ 的 NR 波形进行混合训练，其中 $\chi_{1z}$（$\chi_{2z}$）为较重（较轻）黑洞沿轨道角动量方向的自旋。该代理在 $2.25M_{\odot} \leq M \leq 300 M_{\odot}$ 质量范围内以 $\lesssim 3\times10^{-4}$ 的不匹配度精确复现混合波形。在高质量处（$M\gtrsim40M_{\odot}$），并合与铃宕更为显著，我们展示了相比现有波形模型约两个数量级的改进。我们还表明，即使外推至训练参数空间范围之外，该代理仍表现良好，包括自旋大至 0.998 的情形。最后，我们展示了该模型精确复现了 NR 铃宕信号中存在的球谐-椭球模式混合。