[论文解读] 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 3

一句话总结

本文研究了活动星系核中超大质量双黑洞作为可探测正弦引力波源的潜力，建模了其在吸积与引力波辐射同时作用下的演化过程。研究发现，由于质量吸积和轨道衰减，此类双星系统可发射出强烈且具有调制特征的引力波信号，使其成为未来空间引力波天文台（如LISA）的理想探测目标。

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.

研究动机与目标

• 评估宿主超大质量黑洞双星的活动星系核作为可探测引力波源的潜力。
• 建模双黑洞在吸积与引力波辐射共同作用下的耦合演化过程。
• 确定由此产生的引力波信号特征，特别是其正弦调制特性。
• 评估此类信号在面向未来空间引力波天文台背景下的可探测性。
• 探讨由于吸积导致双星质量非恒定对引力辐射特性的影响。

提出的方法

• 建模活动星系核中超大质量双黑洞系统的轨道演化。
• 同时求解来自周围吸积盘的质量吸积与通过四极矩辐射产生的引力波发射。
• 使用一组耦合微分方程描述质量增长与轨道衰减过程。
• 应用能量与角动量守恒，追踪轨道分离距离与频率的变化。
• 考虑质量非恒定演化对引力波频率与振幅的影响。
• 估算引力波应变振幅随时间的演化及其频率调制。

实验结果

研究问题

• RQ1 活动星系核中超大质量黑洞双星能否产生可探测的正弦引力波信号？
• RQ2 持续的吸积如何影响双黑洞系统的轨道演化与引力波发射？
• RQ3 此类系统产生的引力波预期振幅与频率调制为何种特征？
• RQ4 非恒定质量如何影响波形特征与引力辐射的可探测性？
• RQ5 估计有多少比例的活动星系核可能包含能够发射强而可观测引力波的双星系统？

主要发现

• 由于其高质心与轨道运动，活动星系核中超大质量双黑洞极有可能成为正弦引力波的强源。
• 来自吸积盘的质量吸积导致双星质量持续增加，从而调制引力波的频率与振幅。
• 质量吸积与引力波辐射的共同作用产生具有非单调频率演化的特征啁啾信号。
• 引力波应变振幅预计显著，可能被未来空间激光干涉仪（如LISA）探测到。
• 该模型预测此类双星可在长时间 timescale 内发射相干的正弦引力波信号，显著提升其可探测性。
• 系统的演化由质量吸积与引力辐射导致的能量损失之间的平衡所主导，形成复杂但可观测的波形特征。