Gravitational waves from extreme-mass-ratio inspirals in the semiclassical gravity spacetime

被引：4

作者：

Zi, Tieguang ^{[1
]}

Li, Peng-Cheng ^{[1
]}

机构：

[1] South China Univ Technol, Sch Phys & Optoelect, Guangzhou 510641, Peoples R China

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2024年 / 109卷 / 06期

基金：

中国博士后科学基金;

关键词：

BLACK-HOLES; SPIN;

D O I：

10.1103/PhysRevD.109.064089

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Recently, Fernandes discovered analytic stationary and axially symmetric black hole solutions within semiclassical gravity, driven by the trace anomaly. The study unveils some distinctive features of these solutions. In this paper, we compute the gravitational waves emitted from the extreme-mass-ratio inspiral (EMRI) around these quantum-corrected rotating black holes using the kludge approximate method. First, we derive the orbital energy, angular momentum, and fundamental frequencies for orbits on the equatorial plane. We find that, for the gravitational radiation described by quadrupole formulas, the contribution from the trace anomaly only appears at higher-order terms in the energy flux when compared with the standard Kerr case. Therefore, we can compute the EMRI waveforms from the quantum-corrected rotating black hole using the Kerr fluxes. We assess the differences between the EMRI waveforms from rotating black holes with and without the trace anomaly by calculating the dephasing and mismatch. Our results demonstrate that spaceborne gravitational wave detectors can distinguish the EMRI waveform from the quantum-corrected black holes with a fractional coupling constant of <^>10-3 within one year observation. Finally, we compute the constraint on the coupling constant using the Fisher information matrix method and find that the potential constraint on the coupling constant by LISA can be within the error <^>10-4 in suitable scenarios.

引用

页数：11

共 85 条

[1] Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Abernathy, M. R. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, B. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Arai, K. ;

Arain, M. A. ;

Araya, M. C. ;

Arceneaux, C. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arnaud, N. ;

Arun, K. G. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Ast, M. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

Bader, M. K. M. ;

Baker, P. T. ;

Baldaccini, F. ;

Ballardin, G. ;

Ballmer, S. W. ;

Barayoga, J. C. ;

Barclay, S. E. ;

Barish, B. C. ;

Barker, D. ;

Barone, F. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (06)

[2] Properties and Astrophysical Implications of the 150 M Binary Black Hole Merger GW190521 [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Abraham, S. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Aloy, M. A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Anand, S. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Angelova, S. V. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Arnaud, N. ;

Aronson, S. M. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Aubin, F. ;

Aufmuth, P. ;

AultONeal, K. ;

Austin, C. ;

Avendano, V. ;

Avila-Alvarez, A. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

Badaracco, F. ;

Bader, M. K. M. ;

Bae, S. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2020, 900 (01)

[3] GWTC-1: A Gravitational-Wave Transient Catalog of Compact Binary Mergers Observed by LIGO and Virgo during the First and Second Observing Runs [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Abraham, S. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Aloy, M. A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Angelova, S., V ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Arnaud, N. ;

Arun, K. G. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Aubin, F. ;

Aufmuth, P. ;

AultONeal, K. ;

Austin, C. ;

Avendano, V ;

Avila-Alvarez, A. ;

Babak, S. ;

Bacon, P. ;

Badaracco, F. ;

Bader, M. K. M. ;

Bae, S. ;

Baker, P. T. .

PHYSICAL REVIEW X, 2019, 9 (03)

[4] Constraints on the Cosmic Expansion History from GWTC-3 [J].

Abbott, R. ;

Abe, H. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adhikari, N. ;

Adhikari, R. X. ;

Adkins, V. K. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agarwal, D. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Akutsu, T. ;

Albanesi, S. ;

Alfaidi, R. A. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Anand, C. ;

Anand, S. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Ando, M. ;

Andrade, T. ;

Andres, N. ;

Andres-Carcasona, M. ;

Andric, T. ;

Angelova, S., V ;

Ansoldi, S. ;

Antelis, J. M. ;

Antier, S. ;

Apostolatos, T. ;

Appavuravther, E. Z. ;

Appert, S. ;

Apple, S. K. ;

Arai, K. ;

Araya, A. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Aritomi, N. ;

Arnaud, N. ;

Arogeti, M. ;

Aronson, S. M. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2023, 949 (02)

[5] All-sky search for gravitational wave emission from scalar boson clouds around spinning black holes in LIGO O3 data [J].

Abbott, R. ;

Abe, H. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adhikari, N. ;

Adhikari, R. X. ;

Adkins, V. K. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agarwal, D. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Akutsu, T. ;

Albanesi, S. ;

Alfaidi, R. A. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Anand, C. ;

Anand, S. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Ando, M. ;

Andrade, T. ;

Andres, N. ;

Andres-Carcasona, M. ;

Angelova, S., V ;

Ansoldi, S. ;

Antelis, J. M. ;

Antier, S. ;

Apostolatos, T. ;

Appavuravther, E. Z. ;

Appert, S. ;

Apple, S. K. ;

Arai, K. ;

Araya, A. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Aritomi, N. ;

Arnaud, N. ;

Arogeti, M. ;

Aronson, S. M. ;

Arun, K. G. .

PHYSICAL REVIEW D, 2022, 105 (10)

[6] Constraints on dark photon dark matter using data from LIGO's and Virgo's third observing run [J].

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adhikari, N. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agarwal, D. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Akutsu, T. ;

Albanesi, S. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Anand, C. ;

Anand, S. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Ando, M. ;

Andrade, T. ;

Andres, N. ;

Angelova, S., V ;

Ansoldi, S. ;

Antelis, J. M. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, Koji ;

Arai, Koya ;

Arai, Y. ;

Araki, S. ;

Araya, A. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Aritomi, N. ;

Arnaud, N. ;

Aronson, S. M. ;

Arun, K. G. ;

Asada, H. ;

Asali, Y. ;

Ashton, G. .

PHYSICAL REVIEW D, 2022, 105 (06)

[7] GWTC-2: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo during the First Half of the Third Observing Run [J].

Abbott, R. ;

Abbott, T. D. ;

Abraham, S. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, A. ;

Adams, C. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. B. ;

Affeldt, C. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Aiello, L. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Akcay, S. ;

Allen, G. ;

Allocca, A. ;

Altin, P. A. ;

Amato, A. ;

Anand, S. ;

Ananyeva, A. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Angelova, S., V ;

Ansoldi, S. ;

Antelis, J. M. ;

Antier, S. ;

Appert, S. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Areeda, J. S. ;

Arene, M. ;

Arnaud, N. ;

Aronson, S. M. ;

Arun, K. G. ;

Asali, Y. ;

Ascenzi, S. ;

Ashton, G. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Aubin, F. ;

Aufmuth, P. ;

AultONeal, K. ;

Austin, C. ;

Avendano, V ;

Babak, S. ;

Badaracco, F. .

PHYSICAL REVIEW X, 2021, 11 (02)

[8]

Abbott R., 2021, arXiv

[9] Potential Gravitational Wave Signatures of Quantum Gravity [J].

Agullo, Ivan ;

Cardoso, Vitor ;

del Rio, Adrian ;

Maggiore, Michele ;

Pullin, Jorge .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2021, 126 (04)

[10] Intermediate and extreme mass-ratio inspirals - astrophysics, science applications and detection using LISA [J].

Amaro-Seoane, Pau ;

Gair, Jonathan R. ;

Freitag, Marc ;

Miller, M. Coleman ;

Mandel, Ilya ;

Cutler, Curt J. ;

Babak, Stanislav .

CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2007, 24 (17) :R113-R169

← 1 2 3 4 5 6 7 8 9 →