大质量比延展体双星动力学和引力波建模研究

基本信息
批准号:11773059
项目类别:面上项目
资助金额:64.00
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:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:程然,杨舒程
关键词:
引力波天文学相对论天体力学致密双星系统
结项摘要

In 2016, LIGO detected the first gravitational wave signals, declared the coming of gravitational wave astronomical era. The European Union, China are planning space-based gravitational wave detectors. The proposal targets on the very important gravitational wave sources of such kind of detectors -- large-mass-ratio inspirals, numerically model gravitational waves, develop highly precise and highly efficient waveform templates. The numerical model is based on the "effective-one-body -- black hole perturbation" algorithm developed by me. In the dynamic module, deeply research the dynamics of extended binaries, consider the richer physics and the orbital parameters, to achieve the highly accurate calculation for the gravitational waves radiated form the large-mass-ratio inspirals with arbitrary spin and mass multipoles, and generic orbital shapes and tidal. I will upgrade the black hole perturbation numerical calculation module to improve the accuracy and stability of the numerical calculation. Based on high-precision numerical results, develop a complete calibration model, then build highly precise and high efficient gravitational wave templates to meet the requirements of space-based gravitational wave detectors. The extended body dynamics and gravitational wave templates can be used not only to extract the gravitational wave signals from the noises, but also to accurately verify the physical parameters of the system from the signals, such as masses, spins of the black holes and the compact bodies, the evolution process of the orbits, and so on. These information can be used to constrain the state equations of compact bodies, the physical properties of black holes and test gravitational theory.

2016年LIGO探测到引力波信号,宣告了引力波天文学的新纪元。欧盟、中国等积极筹建空间引力波探测器。本项目针对空间探测器的重要引力波源--大质量比双星旋进系统--进行引力波建模,开发出高效率高精度的波形“模版”。建模方案以申请人的“等效单体-黑洞微扰”算法为基础,深入研究延展体双星动力学,考虑更丰富的物理和轨道参数,实现对带有任意自旋和质量多极矩、任意轨道形状,并考虑潮汐效应的大质量比延展体双星的高精度轨道计算。升级和扩展黑洞微扰数值计算模块,提升数值计算的精度和稳定性。进而根据高精度数值结果,发展“完全校准”模型,建立满足空间探测器需求的高精度高效率引力波模版。大质量比双星动力学及其引力波的研究,不仅可从背景噪声中提取引力波信号,同时可以精确认证系统的各项物理参数:如黑洞和致密天体的质量、自旋,轨道的演化过程等,可用于约束致密天体的状态方程、黑洞物理以及引力理论检验等。

项目摘要

本项目针对空间探测器的重要引力波源--大质量比双星旋进系统--进行引力波建模,开发出高效率高精度的波形“模版”。建模方案以申请人的“等效单体-黑洞微扰”算法为基础,深入研究延展体双星动力学,考虑了更丰富的物理和轨道参数,实现对带有任意自旋和质量多极矩、任意轨道形状,并考虑潮汐效应的大质量比延展体双星的高精度轨道计算。升级和扩展黑洞微扰数值计算模块,提升数值计算的精度和稳定性。进而根据高精度数值结果,发展了“完全校准”模型,能够在一定程度上满足空间探测器需求的高精度高效率引力波模版。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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