Vergleich der Schwerkraft-Selbstkraft zweiter Ordnung, numerischer Relativität und effektiver Einkörper-Wellenformen von inspirierenden, quasizirkularen und nicht-spinnenden schwarzen Löchern-Paaren

Wir präsentieren den ersten systematischen Vergleich zwischen den von inspirierenden, quasizirkularen und nicht-spinnenden schwarzen Löchern-Paaren emittierten Gravitationswellenformen, die mit drei verschiedenen Ansätzen berechnet wurden: der Schwerkraft-Selbstkraft-Theorie zweiter Ordnung (2GSF), wie sie im 1PAT1-Modell implementiert ist; numerische Relativität (NR), wie sie von der SXS-Kooperation umgesetzt wurde; und dem effektiven Einkörper-Formalismus (EOB), wie er im teobresums-Wellenform-Modell implementiert ist. Zum Vergleich der Modelle verwenden wir sowohl eine standardisierte zeitliche Wellenform-Ausrichtung als auch eine gauge-invarianz Analyse basierend auf der dimensionslosen Funktion Q_ () ^2/, wobei die Frequenz der Gravitationswelle ist. Wir analysieren den Gültigkeitsbereich des 1PAT1-Modells, leiten Fehlerabschätzungen ab und zeigen, dass die Effekte der finalen Transition zum Plung, die das Modell vernachlässigt, über ein erheblich größeres Frequenzintervall hinausgehen, als man erwarten könnte. Im Rahmen des inspiralen Regimes stellen wir fest, dass teobresums, während für Masseneverhältnisse q=m₁/m₂10, weitgehend von NR nicht zu unterscheiden ist, 1PAT1 eine signifikante Entphasenverschiebung von 1 rad aufweist; umgekehrt wird für q100 geschätzt, dass 1PAT1 Phasenfehler von <0,1 rad über ein großes Frequenzintervall hat, während teobresums Phasenunterschiede von 1 rad mit ihm entwickelt. Am wichtigsten ist, dass wir in demselben großen Frequenzintervall eine gute Übereinstimmung zwischen teobresums und 1PAT1 im intermediären Regime 1564 finden, mit <0,5 rad Entphasenverschiebung zwischen ihnen. Eine einfache Modifikation des teobresums-Flusses verbessert diese Übereinstimmung weiter für q30 und reduziert die Entphasenverschiebung auf 0,27 rad, selbst bei q=128. Während unsere Analyse auf die Notwendigkeit hinweist, hochgenaue, lange inspirale NR-Simulationen für q15 durchzuführen, um die Genauigkeit der EOB/2GSF-Wellenformen genau zu quantifizieren, können wir die primären Fehlerquellen und Verbesserungsmöglichkeiten jedes Modells eindeutig identifizieren. Insbesondere ebnen unsere Ergebnisse den Weg für den Bau von GSF-informierten EOB-Modellen für sowohl intermediäre als auch extreme Masseneverhältnis-Inspiralen für die nächste Generation von Gravitationswellen-Detektoren.