Superposed metric for spinning black hole binaries approaching merger
Superposed metric for spinning black hole binaries approaching merger
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旋转黑洞双星接近合并的叠加度量
DOI：
10.1103/physrevd.104.044041
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发表时间：
2021
影响因子：
5
通讯作者：
Bowen, Dennis
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Combi, Luciano;Armengol, Federico G.;Campanelli, Manuela;Ireland, Brennan;Noble, Scott C.;Nakano, Hiroyuki;Bowen, Dennis
我们构建了一个近似的度量，表示的时空旋转的二元黑洞（BBH）接近合并。我们建立的度量作为两个克尔度量在谐波坐标的分析叠加，在那里我们转换每个黑洞项与时间相关的提升描述一个螺旋轨迹。助推器的速度和轨迹是通过求解后牛顿（PN）运动方程在3.5 PN阶。我们分析了时空标量的新的度规，我们表明，它是一个准确的近似爱因斯坦场方程在真空中的BBH系统的inspiral制度。此外，为了证明我们的方法的有效性，我们测试的范围内的3D广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟吸积迷你磁盘周围的黑洞的度量。我们比较我们的结果与以前经过充分测试的时空建设的基础上的渐近匹配方法。我们的结论是，我们的新时空非常适合于长期的自旋双黑洞的合并的方式GRMHD模拟。
We construct an approximate metric that represents the spacetime of spinning binary black holes (BBH) approaching merger. We build the metric as an analytical superposition of two Kerr metrics in harmonic coordinates, where we transform each black hole term with time-dependent boosts describing an inspiral trajectory. The velocities and trajectories of the boost are obtained by solving the post-Newtonian (PN) equations of motion at 3.5 PN order. We analyze the spacetime scalars of the new metric and we show that it is an accurate approximation of Einstein’s field equations in vacuum for a BBH system in the inspiral regime. Furthermore, to prove the effectiveness of our approach, we test the metric in the context of a 3D general relativistic magnetohydrodynamical (GRMHD) simulation of accreting minidisks around the black holes. We compare our results with a previous well-tested spacetime construction based on the asymptotic matching method. We conclude that our new spacetime is well-suited for long-term GRMHD simulations of spinning binary black holes on their way to the merger.
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