畸变黑洞的三维模拟 I. 与轴对称结果比较

我们考虑用完整的 3D 非线性演化代码对由强引力波畸变的单黑洞组成的黑洞初值数据集进行数值演化。这些数据集聚模仿了并合黑洞的晚期阶段。我们用此 3D 代码将轴对称初值集演化的各个方面与成熟轴对称代码的结果进行比较。在两套代码中我们考察并比较了度规函数、表观视界性质和波形，表明这些动态黑洞可在 3D 中精确演化。特别地，我们表明借助现有计算资源与技术，可演化黑洞的激发与铃宕过程，并且现在能从 3D 笛卡尔度规函数中精确提取所发射的引力波，即便它们仅带走系统静质量能的很小一部分（$<< 1$）。计算了 $\ell=2$ 以及困难得多的 $\ell=4$ 和 $\ell=6$ 模式的波形并与轴对称计算比较。除探索畸变黑洞数据集的物理及展示波形可被精确提取的程度外，这些结果也为所有旨在 3D 演化黑洞时空的全非线性数值代码提供了重要测试基准，无论其使用奇点回避切片、表观视界边界条件或其他演化方法。