[論文レビュー] Delicacy of Binary Black Hole Mergers in the Presence of Spurious Radiation

Tanja Bode, Deirdre Shoemaker+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 5, 2007

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、2重ブラックホール初期データにおける偽の放射が合体ダイナミクスに与える影響を調査し、その結果、たとえ1%の追加エネルギーであっても、このような放射が軌道の離心率と質量を増加させることで合体を顕著に早めることが判明した。最終スピンは変化しない。これらの結果は、数値相対性理論シミュレーションにおける初期データのアーティファクトに起因する合体タイミングへの感受性を強調している。

ABSTRACT

We present an investigation into how sensitive the last orbits and merger of binary black hole systems are to the presence of spurious radiation in the initial data. Our numerical experiments consist of a binary black hole system starting the last couple of orbits before merger with additional spurious radiation centered at the origin and fixed initial angular momentum. As the energy in the added spurious radiation increases, the binary is invariably hardened for the cases we tested, i.e. the merger of the two black holes is hastened. The change in merger time becomes significant when the additional energy provided by the spurious radiation increases the Arnowitt-Deser-Misner (ADM) mass of the spacetime by about 1%. While the final masses of the black holes increase due to partial absorption of the radiation, the final spins remain constant to within our numerical accuracy. We conjecture that the spurious radiation is primarily increasing the eccentricity of the orbit and secondarily increasing the mass of the black holes while propagating out to infinity.

研究の動機と目的

• 偽の放射が2重ブラックホール系の最終軌道および合体ダイナミクスに与える影響を評価すること。
• 初期データの汚染が合体タイミングおよび軌道進化に与える影響を特定すること。
• 偽の放射が最終ブラックホール質量およびスピンに与える影響を定量化すること。
• 偽の放射が主に離心率を増加させるのか、それとも質量を増加させるのかを調査すること。

提案手法

• 原点に集中する偽の放射を追加した2重ブラックホール系の数値シミュレーション。初期角運動量は固定されている。
• 偽の放射エネルギーを段階的に増加させ、それが合体時間および軌道パラメータに与える影響を観察する。
• アーノイティ＝デーサー＝ミスナー（ADM）質量を用いて、偽の放射によるエネルギー寄与を定量化する。
• 最終ブラックホール質量およびスピンのモニタリングにより、放射の吸収および角運動量の進化を評価する。
• 合体直前の最後の軌道における放射の伝播および軌道離心率の変化を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期データに偽の放射が存在する場合、2重ブラックホールの合体時間にどのような影響を与えるか？
• RQ2 偽の放射が最終軌道における軌道離心率をどの程度まで増加させるか？
• RQ3 追加された放射が合体後のブラックホールの最終質量およびスピンにどのように影響を与えるか？
• RQ4 どの程度のエネルギー入力レベルで、偽の放射が合体ダイナミクスを顕著に変化させるか？

主な発見

• 偽の放射によるADM質量1%の増加が、合体時間の顕著な短縮を引き起こす。
• 偽の放射エネルギーが増加するにつれて合体は常に早まるため、システムの硬化が示唆される。
• 偽の放射の一部が吸収されることで、最終ブラックホール質量が増加する。
• 最終スピンは数値的精度の範囲内で一定のままであり、顕著な角運動量移動がないことを示唆する。
• 偽の放射は主に軌道離心率を増加させるが、併せて質量増加および無限遠方への放射伝播にも二次的影響を与える。