通过模拟揭示引力波的波动本质

我们展示了引力波 (GWs) 在三维空间中穿过由致密天体产生的势阱的首个数值模拟，其中采用了源自双黑洞并合数值相对论的真实源波形。与先前工作不同，我们的分析聚焦于时域，其中 GWs 的传播对于双曲方程是具有数学与物理上严格根基的适定“初值”问题。基于这些模拟，我们首次在真实三维空间中研究了 GWs 的波动本质如何影响势阱中 GWs 的速度与波形。我们发现，由于衍射与波前几何的效应，GWs 的传播速度快于几何极限下 Shapiro 时间延迟的预测。由于 GWs 的波速与 GWs 的局域性及波前几何密切相关，而这些在频域中本质上难以处理，因此我们的时域分析提供了迄今为止基于坚实物理的关于此问题的首个稳健分析。此外，我们还首次研究了入射波与散射波之间的干涉（入射波的“回声”）。我们发现，这种干涉使得总透镜波形与原入射波形在振幅、相位和模式上都显著不同，尤其是对于接近双黑洞并合时的信号。