Comparison of post-Newtonian mode amplitudes with numerical relativity simulations of binary black holes
Comparison of post-Newtonian mode amplitudes with numerical relativity simulations of binary black holes
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后牛顿模式振幅与双黑洞数值相对论模拟的比较
DOI：
10.1088/1361-6382/ab6a21
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发表时间：
2020
影响因子：
3.5
通讯作者：
Sathyaprakash, B S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Borhanian, S;Arun, K G;Pfeiffer, H P;Sathyaprakash, B S
来自两个黑洞合并的引力波带有双星黑洞强场动力学的特征。在这项工作中，我们使用数值相对论模拟和后牛顿理论来研究这种动力学。后牛顿理论是一种低速展开，它假设伴星是点粒子，而数值相对论将黑洞视为具有视界的扩展物体，并完全捕捉到它们的动力学。使用这些不同的方法计算出的波形，特别是在黑洞运动到接近光速的后期，没有先验的理由相互吻合。我们发现，值得注意的是，后牛顿理论中的主阶振幅与大量球谐模式的完全广义相对论解吻合得很好，甚至在双星演化的最动态部分也是如此，只有一些模式表现出与数值相对论模拟明显不同的行为。具体地说，具有球谐指数的模与其主要的后牛顿行为相比修改得最少。根据后牛顿描述理解这些模式的性质将有助于建立动力学强场区域中发射波形的更好模型。
Gravitational waves from the coalescence of two black holes carry the signature of the strong field dynamics of binary black holes. In this work we have used numerical relativity simulations and post-Newtonian theory to investigate this dynamics. Post-Newtonian theory is a low-velocity expansion that assumes the companion bodies to be point-particles, while numerical relativity treats black holes as extended objects with horizons and fully captures their dynamics. There is a priori no reason for the waveforms computed using these disparate methods to agree with each other, especially at late times when the black holes move close to the speed of light. We find, remarkably, that the leading order amplitudes in post-Newtonian theory agree well with the full general relativity solution for a large set of spherical harmonic modes, even in the most dynamical part of the binary evolution, with only some modes showing distinctly different behavior than that found by numerical relativity simulations. In particular, modes with spherical harmonic indices as well as are least modified from their dominant post-Newtonian behavior. Understanding the nature of these modes in terms of the post-Newtonian description will aid in formulating better models of the emitted waveforms in the strong field regime of the dynamics.
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