Resonant self-force effects in extreme-mass-ratio binaries: A scalar model
Resonant self-force effects in extreme-mass-ratio binaries: A scalar model
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极端质量比双星中的共振自力效应：标量模型
DOI：
10.1103/physrevd.104.084011
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发表时间：
2021
影响因子：
5
通讯作者：
Evans, Charles R.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Nasipak, Zachary;Evans, Charles R.
极质量比螺旋星（EMRI）是一种质量比很小的致密双星，是低频引力波探测器的重要源。几乎所有的EMRI都将通过重要的瞬态轨道共振来演化，这将增强或减弱它们的引力波通量，从而影响波形相对于前导阶的相位演化。虽然在共振期间对局部引力自作用力（GSF）进行建模对于生成精确的EMRI波形至关重要，但由于问题的计算需求，迄今为止尚未计算出非共振轨道的完整GSF。作为第一步，我们采用了一个更简单的模型，计算标量自作用力（SSF）沿共振测地线克尔时空。我们演示了两种方法来计算共振SSF（和可能的GSF），一种方法离开径向和极运动最初独立的，如果测地线是非共振的。我们通过计算三个共振比（1∶ 3，1 ∶ 2，2 ∶3）定义的测地线上的沿着SSF来说明结果。我们展示了如何SSF和平均演化的轨道常数随初始阶段的EMRI进入共振。然后，我们使用我们的SSF数据来测试以前提出的可积性猜想，认为保守效应消失在绝热阶共振。我们发现显着的贡献，从保守的SSF的长期演变的卡特常数，但这些非零的贡献的顺序，或小于，估计的不确定性，我们的自我力量的结果。不确定性来自正则化过程中奇异场的残余不完全去除。高阶正则化参数，一旦可用，将允许明确的测试的可积性猜想。
Extreme-mass-ratio inspirals (EMRIs), compact binaries with small mass-ratios, will be important sources for low-frequency gravitational wave detectors. Almost all EMRIs will evolve through important transient orbitalresonances, which will enhance or diminish their gravitational wave flux, thereby affecting the phase evolution of the waveforms atrelative to leading order. While modeling the local gravitational self-force (GSF) during resonances is essential for generating accurate EMRI waveforms, so far the full GSF has not been calculated for an-resonant orbit owing to computational demands of the problem. As a first step we employ a simpler model, calculating the scalar self-force (SSF) along-resonant geodesics in Kerr spacetime. We demonstrate two ways of calculating the-resonant SSF (and likely GSF), with one method leaving the radial and polar motions initially independent as if the geodesic is nonresonant. We illustrate results by calculating the SSF along geodesics defined by three-resonant ratios (1∶3, 1:2, 2∶3). We show how the SSF and averaged evolution of the orbital constants vary with the initial phase at which an EMRI enters resonance. We then use our SSF data to test a previously proposed integrability conjecture, which argues that conservative effects vanish at adiabatic order during resonances. We find prominent contributions from the conservative SSF to the secular evolution of the Carter constant, but these nonvanishing contributions are on the order of, or less than, the estimated uncertainties of our self-force results. The uncertainties come from residual incomplete removal of the singular field in the regularization process. Higher order regularization parameters, once available, will allow definitive tests of the integrability conjecture.
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