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广义相对论与量子宇宙学

arXiv:2508.20418 (gr-qc)
[提交于 2025年8月28日 ]

标题: 自旋有效到反向单体($\texttt{SEBOB}$):将有效单体旋进和反向单体合并-衰减结合用于对齐自旋黑洞双星

标题: Spinning Effective-to-Backwards One Body ($\texttt{SEBOB}$): combining Effective One-Body inspirals and Backwards One-Body merger-ringdowns for aligned spin black hole binaries

Authors:Siddharth Mahesh, Sean McWilliams, Zachariah Etienne
摘要: 高保真引力波形模型对于实现下一代引力波观测台的科学潜力至关重要。 虽然高度准确,但最先进的模型通常依赖于对数值相对论(NR)模拟的大量现象校准,以处理晚期旋进和合并阶段,这可能会限制物理洞察力,并且在NR数据稀疏的区域进行外推时受到限制。 为了解决这个问题,我们引入了自旋有效-反向单体(SEBOB)形式,这是一种结合了已建立的有效单体(EOB)框架与分析驱动的反向单体(BOB)模型的混合方法,该模型从第一性原理描述合并-回音阶段作为最终残余黑洞的微扰。 我们提出了两种变体,基于最先进的$\texttt{SEOBNRv5HM}$模型:$\texttt{seobnrv5_nrnqc_bob}$,它保留标准NR校准的非准圆(NQC)修正,并附加一个基于BOB的合并-回音;以及一个更具雄心的变体,$\texttt{seobnrv5_bob}$,它也使用BOB来提供NQC修正,从而减少对NR拟合的依赖,并通过构造实现更高阶的($\mathcal{C}^2$)连续性。 在用于优化C代码生成的开源$\texttt{NRPy}$框架中实现,SEBOB模型具有透明性、可扩展性和计算效率。 通过将我们的波形与大量NR模拟目录进行比较,我们证明SEBOB的精度与高度校准的$\texttt{SEOBNRv5HM}$模型相当,为更物理驱动和稳健的波形模型提供了一条可行的路径。
摘要: High-fidelity gravitational waveform models are essential for realizing the scientific potential of next-generation gravitational-wave observatories. While highly accurate, state-of-the-art models often rely on extensive phenomenological calibrations to numerical relativity (NR) simulations for the late-inspiral and merger phases, which can limit physical insight and extrapolation to regions where NR data is sparse. To address this, we introduce the Spinning Effective-to-Backwards One Body (SEBOB) formalism, a hybrid approach that combines the well-established Effective-One-Body (EOB) framework with the analytically-driven Backwards-One-Body (BOB) model, which describes the merger-ringdown from first principles as a perturbation of the final remnant black hole. We present two variants building on the state-of-the-art $\texttt{SEOBNRv5HM}$ model: $\texttt{seobnrv5_nrnqc_bob}$, which retains standard NR-calibrated non-quasi-circular (NQC) corrections and attaches a BOB-based merger-ringdown; and a more ambitious variant, $\texttt{seobnrv5_bob}$, which uses BOB to also inform the NQC corrections, thereby reducing reliance on NR fitting and enabling higher-order ($\mathcal{C}^2$) continuity by construction. Implemented in the open-source $\texttt{NRPy}$ framework for optimized C-code generation, the SEBOB model is transparent, extensible, and computationally efficient. By comparing our waveforms to a large catalog of NR simulations, we demonstrate that SEBOB yields accuracies comparable to the highly-calibrated $\texttt{SEOBNRv5HM}$ model, providing a viable pathway towards more physically motivated and robust waveform models
评论: 17页,9图
主题: 广义相对论与量子宇宙学 (gr-qc)
引用方式: arXiv:2508.20418 [gr-qc]
  (或者 arXiv:2508.20418v1 [gr-qc] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.20418
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Siddharth Mahesh [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 8 月 28 日 04:37:19 UTC (1,893 KB)
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