Simple procedures to reduce eccentricity of binary black hole simulations
Simple procedures to reduce eccentricity of binary black hole simulations
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减少双黑洞模拟偏心率的简单程序
DOI：
10.1103/physrevd.99.023003
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发表时间：
2018
影响因子：
5
通讯作者：
G. Pratten
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
A. Ramos;S. Husa;G. Pratten
我们提出了简单的程序来构造双黑洞时空数值演化的准圆形初始数据。我们的方法包括以三种方式使用后牛顿理论：首先为 3.5PN 阶的初始动量提供初始猜测，这意味着残余偏心率较低，其次测量所得的偏心率，第三计算对动量或初始分离的修正，从而进一步降低偏心率。关于最初的猜测，我们将后牛顿理论中的数值演化与准圆形数据的后圆形和后后圆形分析近似进行了比较。我们讨论了一种稳健的拟合程序，用于使用轨道频率从数值模拟中测量偏心率，并从 1PN 处的准开普勒参数化导出，以获得将测量的偏心率降低到零所需的切向和径向动量分量的校正因子。我们首先测试我们在 $3.5$PN 下积分 PN 运动方程的程序，其中很容易获得低偏心初始数据，然后将我们的方法应用于具有不同质量比 (q=1,2,...,8)、自旋构型和分离的二元黑洞数值相对论模拟组。我们的模拟集包含非旋转、旋转对齐和进动模拟。我们观察到，迭代过程仅用一次迭代即可产生低偏心率模拟，其偏心率量级为 (10^{-4})。该过程的简单性允许轻松获得低偏心 NR 模拟并节省计算资源。此外，本文推导的解析 PN 公式将有助于生成偏心混合波形。
We present simple procedures to construct quasi-circular initial data for numerical evolutions of binary black hole spacetimes. Our method consists of using Post-Newtonian theory in three ways: first to provide an initial guess for the initial momenta at 3.5PN order that implies low residual eccentricity, second to measure the resulting eccentricity, and third to calculate corrections to the momenta or initial separation which further reduce the eccentricity. Regarding the initial guess, we compare numerical evolutions in post-Newtonian theory to the post-circular and post-post-circular analytical approximations to quasi-circular data. We discuss a robust fitting procedure to measure eccentricity from numerical simulations using the orbital frequency, and derive from the quasi-Keplerian parametrization at 1PN oder the correction factors for the tangential and radial momentum components required to achieve reduce the measured eccentricity to zero. We first test our procedure integrating PN equations of motion at $3.5$PN where low eccentric initial data is easily obtained, and then apply our method to sets of binary black hole numerical relativity simulations with different mass ratios (q=1,2,...,8), spin configurations and separations. Our set of simulations contains non-spinning, spin-aligned and precessing simulations. We observe that the iterative procedure produces low eccentric simulations with eccentricities of the order (10^{-4}) with only one iteration. The simplicity of the procedure allows to obtain low eccentric NR simulations easily and saving computational resources. Moreover, the analytical PN formulas derived in this paper will be useful to generate eccentric hybrid waveforms.
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