通过极端质量比旋进的引力波检验时空对称性

即将到来的星载引力波探测器的主要目标之一是测量来自极端质量比旋进的 mHz 频段辐射。这样的探测将对天体物理稳定黑洞偏离 Kerr 描述这一假想情形施加强约束。在广义相对论中唯一的 Kerr 几何具有以 Carter 常数形式存在的高阶对称性，这意味着描述 Kerr 背景中检验粒子运动的方程是可 Liouville 积的。在本文中，我们研究对于此类旋进的引力波波形，是否能从 Kerr 度规的通用形变中辨识出 Carter 对称性本身。我们在先前研究基础上构造了一个新的度规，它满足当前的观测约束、描述一个黑洞，并包含两个非 Kerr 参数：其中一个控制 Carter 对称性的存在与否，从而控制混沌轨道的存在性；另一个作为通用形变参数。我们发现这两个参数在轨道动力学中引入了根本不同的特征，并通过显著的相位偏移在引力波波形中显现出来。尽管仅在四极近似下进行了探索，但这一点连同 Fisher 度规分析表明，引力波数据分析除了能够检验引力控制理论外，还可能检验时空的底层对称性。