大质量比致密双星系统的高效率高精度引力波探测器波形模板数值模型

基本信息
批准号:U1431120
项目类别:联合基金项目
资助金额:48.00
负责人:韩文标
学科分类:
依托单位:中国科学院上海天文台
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:唐凯,周加晟
关键词:
相对论天体力学引力波广义相对论致密双星系统
结项摘要

A large mass-ratio compact binary usually can be composed by a neutron star, white drawf or black hole with stellar mass orbiting an intermediate-mass black hole or supermassive black hole, the mass-ratio usually is larger than 100:1. When such binaries are on highly relativistic orbits, the gravitational waves radiated from them can be observed by the forthcoming laser interferometer: Advanced LIGO, and also can be important wave sources for detetors like eLISA , ASTROD and cLISA. The observations for such kind of gravitational waves, not.only can confirm the existence of gravitational waves, but also can be used to test gravitation thoery in strong field, and study the basic physical nature near the horizon of black holes. For simulating the large mass-ratio compact binaries, numerical relativity still has difficultes; And the post-Newtonian approximation has be invalid in such case. The present proposal based on previous research works plans to give out a numerical frame for the orbital evolution and gravitational radiation of the large mass-ratio binaries: by using Effective-one-body dynamics and gravitational self-force theory to determine the accurate orbital evolution of binaries, and the numerical method for the black.hole perturbation theory to calculate the highly accurate gravitational waveforms. Then from these data, we will go back to the Effective-one-body frame, and build a highly efficient and accurate numerical model for the evolution and gravitational radiation of the large mass-ratio binaries, The research results should be important for the dynamical evolution of the compact binaries and computations of the waveform templates for gravitational wave detectors.

大质量比致密双星系统通常由恒星质量的致密天体绕转中等或者超大质量黑洞构成,其质量比在100:1以上。处于极相对论轨道的大质量比双星系统辐射的引力波可以被即将运行的Advanced LIGO探测到,是eLISA以及中国计划的ASTROD、cLISA等探测器的重要引力波源。对其的引力波探测不仅可以证实引力波的存在,还可以用来检验强场情形下的引力理论、研究黑洞视界附近的基本物理性质等。对大质量比密近双星的模拟,数值相对论仍然存在困难;一般的后牛顿近似方法在此情况下已经失效。本项目拟在之前的工作基础上,利用等效一体动力学和引力自力理论给出该类双星系统精确的轨道演化,同时用黑洞微扰理论的数值方法计算出高精度的引力波波形,并从波形数据给出等效一体框架下的波形计算,从而建立一套计算大质量比双星系统轨道和引力辐射的高效高精度数值框架。研究结果将对密近双星动力学演化、引力波探测器波形模版计算提供重要的参考。

项目摘要

大质量比致密双星系统通常由恒星质量的致密天体绕转中等或者超大质量黑洞构成,其质量比在100:1以上。处于极相对论轨道的大质量比双星系统辐射的引力波可以被Advanced LIGO探测到,是LISA以及中国计划的太极、天琴等探测器的重要引力波源。对其的引力波探测不仅可以证实引力波的存在,还可以用来检验强场情形下的引力理论、研究黑洞视界附近的基本物理性质等。对大质量比密近双星的模拟,数值相对论仍然存在困难;一般的后牛顿近似方法在此情况下已经失效。本项目在之前的工作基础上,利用等效一体动力学和引力自力理论给出该类双星系统精确的轨道演化,同时用黑洞微扰理论的数值方法计算出高精度的引力波波形,并从波形数据给出等效一体框架下的波形计算,建立了一整套计算大质量比双星系统轨道和引力辐射的高效高精度数值框架。研究结果将对密近双星动力学演化、引力波探测器波形模版计算、引力波天文系等提供重要的参考。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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