[论文解读] 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 1

一句话总结

本研究探讨了双黑洞初始数据中虚假辐射对并合动力学的影响，发现即使仅增加1%的此类辐射能量，也会显著加快并合过程，原因在于轨道偏心率和质量的增加，而最终自旋保持不变。结果表明，数值 relativity 模拟中初始数据的人工效应对并合时间具有高度敏感性。

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.

研究动机与目标

• 评估虚假辐射对双黑洞系统最终轨道和并合动力学的影响。
• 确定初始数据污染对并合时间和轨道演化的影响。
• 量化虚假辐射对最终黑洞质量和自旋的影响。
• 探究虚假辐射是否主要增加轨道偏心率或系统质量。

提出的方法

• 在中心位于原点且初始角动量固定的双黑洞系统中，添加虚假辐射进行数值模拟。
• 受控地增加虚假辐射能量，以观察其对并合时间和轨道参数的影响。
• 使用阿诺维特-德泽尔-莫伊森（ADM）质量来量化虚假辐射的能量贡献。
• 监测最终黑洞质量和自旋，以评估辐射吸收和角动量演化。
• 分析并合前最后轨道阶段辐射传播和轨道偏心率的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 初始数据中虚假辐射的存在如何影响双黑洞的并合时间？
• RQ2 虚假辐射在最终轨道中使轨道偏心率增加到何种程度？
• RQ3 所增加的辐射如何影响合并后黑洞的最终质量和自旋？
• RQ4 在何种能量输入水平下，虚假辐射会显著改变并合动力学？

主要发现

• 由于虚假辐射导致ADM质量增加1%，并合时间显著缩短。
• 随着虚假辐射能量的增加，并合时间始终被加快，表明系统发生硬化。
• 由于部分虚假辐射被吸收，最终黑洞质量增加。
• 最终自旋在数值精度范围内保持不变，表明角动量转移不显著。
• 虚假辐射主要增加轨道偏心率，对质量增加和辐射传播至无穷远有次要影响。