[논문 리뷰] Delicacy of Binary Black Hole Mergers in the Presence of Spurious Radiation

Tanja Bode, Deirdre Shoemaker외 2명|arXiv (Cornell University)|2007. 11. 05.

Pulsars and Gravitational Waves Research인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 이진 블랙홀 초기 자료에 존재하는 유사 방사선이 융합 동역학에 미치는 영향을 조사하며, 이러한 방사선으로 인해 추가로 1%의 에너지가 발생하면 궤도 이심률과 질량이 증가함에 따라 융합이 상당히 빨라지는 것으로 밝혀졌다. 최종 스핀은 변화하지 않는다. 결과적으로 수치相对론 시뮬레이션에서 초기 자료의 잡음에 의해 융합 시점이 얼마나 민감하게 영향을 받는지를 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 유사 방사선이 이중 블랙홀 시스템의 최종 궤도와 융합 동역학에 미치는 영향을 평가하기.
• 초기 자료 오염이 융합 시점과 궤도 진화에 미치는 영향을 규명하기.
• 유사 방사선이 최종 블랙홀 질량과 스핀에 미치는 영향을 정량화하기.
• 유사 방사선이 주로 궤도 이심률을 증가시키는지, 아니면 질량을 증가시키는지 조사하기.

제안 방법

• 원점에 중심을 둔 추가된 유사 방사선과 고정된 초기 각운동량을 가진 이중 블랙홀 시스템의 수치 시뮬레이션.
• 유사 방사선 에너지를 제어적으로 증가시켜 융합 시간과 궤도 파ameter에 미치는 영향을 관찰하기.
• 유사 방사선의 에너지 기여를 정량화하기 위해 아노비트-데세르-미스너(ADM) 질량의 사용.
• 흡수 및 각운동량 진화를 평가하기 위해 최종 블랙홀 질량과 스핀 모니터링.
• 융합 직전 마지막 궤도 동안 방사선 전파와 궤도 이심률 변화 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기 자료에 존재하는 유사 방사선이 이중 블랙홀의 융합 시간에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 유사 방사선이 마지막 궤도에서 궤도 이심률을 얼마나 증가시키는가?
• RQ3 추가된 방사선이 융합된 최종 블랙홀의 질량과 스핀에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 유사 방사선이 융합 동역학을 상당히 변화시키기 시작하는 에너지 수준은 어느 정도인가?

주요 결과

• 유사 방사선으로 인한 ADM 질량 1% 증가로 융합 시간이 상당히 단축된다.
• 유사 방사선 에너지가 증가할수록 융합이 항상 빨라지며, 이는 시스템의 경화를 시사한다.
• 유사 방사선의 일부 흡수로 인해 최종 블랙홀 질량이 증가한다.
• 최종 스핀은 수치 정확도 범위 내에서 일정하게 유지되며, 이는 상당한 각운동량 이행이 없음을 시사한다.
• 유사 방사선은 주로 궤도 이심률을 증가시키며, 질량 증가 및 무한원까지의 방사선 전파에 부차적 영향을 미친다.