Comparando a auto-força gravitacional de segunda ordem, relatividade numérica e formas de onda efetivas de um corpo a partir de binários de buracos negros em espiral, quasicirculares e não giratórios

Apresentamos a primeira comparação sistemática entre formas de onda gravitacionais emitidas por binários de buracos negros em espiral, quasicirculares e não giratórios, calculadas com três abordagens diferentes: teoria da auto-força gravitacional de segunda ordem (2GSF), conforme implementado no modelo 1PAT1; relatividade numérica (NR), conforme implementada pela colaboração SXS; e o formalismo efetivo de um corpo (EOB), conforme implementado no modelo de forma de onda teobresums. Para comparar os modelos, usamos tanto um alinhamento de forma de onda no domínio do tempo padrão quanto uma análise invariante de gauge baseada na função adimensional Q_ () ^2/, onde é a frequência da onda gravitacional. Analisamos o domínio de validade do modelo 1PAT1, derivando estimativas de erro e mostrando que os efeitos da transição final para a queda, que o modelo negligencia, se estendem por um intervalo de frequência significativamente maior do que se poderia esperar. Restringindo ao regime de inspiral, descobrimos que, enquanto para razões de massa q=m₁/m₂10 teobresums é largamente indistinguível de NR, 1PAT1 tem um desfasamento significativo de 1 rad; por outro lado, para q100, estimamos que 1PAT1 tenha erros de fase <0. 1 rad em um grande intervalo de frequência, enquanto teobresums desenvolve diferenças de fase de 1 rad com ele. O mais crucial, nesse mesmo grande intervalo de frequência, encontramos uma boa concordância entre teobresums e 1PAT1 no regime intermediário 1564, com <0. 5 rad de desfasamento entre eles. Uma simples modificação ao fluxo de teobresums melhora ainda mais essa concordância para q30, reduzindo o desfasamento para 0. 27 rad mesmo em q=128. Embora nossa análise aponte para a necessidade de simulações NR de alta precisão e longa inspiral para q15 a fim de quantificar precisamente a precisão das formas de onda EOB/2GSF, podemos identificar claramente as principais fontes de erro e rotas para melhoria de cada modelo. Em particular, nossos resultados abrem caminho para a construção de modelos EOB informados por GSF para binários de inspiral com razões de massa intermediárias e extremas para a próxima geração de detectores de ondas gravitacionais.