[論文レビュー] Sinusoidal Gravitational Waves from the Nuclei of Active Galaxies

Giacomo Giampieri|arXiv (Cornell University)|May 26, 1993

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、活動銀河核内の超大質量ブラックホール二重星を、検出可能な正弦波的重力波の源として調査している。質量降着と重力波放射の両方の影響を受ける中での進化をモデル化し、このような二重星が質量降着と軌道の減少によって強力で変調された重力波信号を放出することを明らかにした。これは、将来的な宇宙望遠鏡型重力波観測所（例：LISA）にとっての主要な候補源である。

ABSTRACT

It is believed that most quasars and galaxies present two common features: the presence in their core of a supermassive object, and the experience of one or more encounters with other galaxies. In this scenario, it is likely that a substantial fraction of active galactic nuclei harbour a supermassive binary, fueled by an accretion disk. These binaries would certainly be among the strongest sources of sinusoidal gravitational waves. We investigate their evolution considering, simultaneously, the accretion of the black hole's masses from the disk, and the gravitational waves emitted during the orbital motion. We also consider other astrophysical scenarios involving a coalescing binary with non constant masses.

研究の動機と目的

• 活動銀河核に存在する超大質量ブラックホール二重星が検出可能な重力波の源となり得るかを評価すること。
• 降着と重力波放射の両方の影響を受ける二重星ブラックホールの連立進化をモデル化すること。
• 得られる重力波信号の特徴、特にその正弦波的変調の性質を特定すること。
• 将来的な宇宙望遠鏡型重力波観測所の文脈におけるこのような信号の検出可能性を評価すること。
• 降着による質量の非定数的変化が波動関数と放射特性に与える影響を検討すること。

提案手法

• 活動銀河核内に存在する超大質量二重ブラックホール系の軌道的進化をモデル化すること。
• 周囲の降着円盤からの質量降着と四極子放射による重力波放射を同時に解くこと。
• 質量増加と軌道の減少を記述する連立微分方程式系を用いること。
• エネルギーと角運動量のバランスを適用し、軌道分離と周波数の変化を追跡すること。
• 質量の非定数的変化が重力波周波数と振幅に与える影響を検討すること。
• 時間経過に伴う重力波の歪み振幅と周波数変調を推定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 活動銀河核内の超大質量ブラックホール二重星は、検出可能な正弦波的重力波信号を発生させ得るか？
• RQ2 継続的な降着は、二重ブラックホール系の軌道的進化と重力波放射にどのように影響するか？
• RQ3 このような系から発せられる重力波の期待される振幅と周波数変調は何か？
• RQ4 非定数的質量が波形と重力放射の検出可能性に与える影響は何か？
• RQ5 活動銀河核の何パーセントが、強力で観測可能な重力波を発する二重星を有する可能性があるか？

主な発見

• 超大質量二重ブラックホールは、高い質量と軌道運動のため、活動銀河核内に存在する正弦波的重力波の強力な源である可能性が高い。
• 降着円盤からの質量降着により、二重星の質量が継続的に増加し、これが重力波周波数と振幅の変調を引き起こす。
• 質量降着と重力波放射の両方の効果が組み合わさることで、非単調な周波数進化を示す特徴的なチープ状の信号が生じる。
• 重力波の歪み振幅は顕著であり、将来的な宇宙望遠鏡型干渉計（例：LISA）で検出可能である可能性が高い。
• モデルは、このような二重星が長期間にわたり一貫性のある正弦波的重力波信号を放出できることを予測しており、検出可能性が向上する。
• 系の進化は、質量降着と重力放射によるエネルギー損失のバランスによって支配され、複雑ではあるが観測可能な波形が得られる。