Fundamental Tone and Overtones of Quasinormal Modes in Ringdown Gravitational Waves: A Detailed Study in Black Hole Perturbation

被引：10

作者：

Sago, Norichika ^{[1
,2
]}

Isoyama, Soichiro ^{[3
]}

Nakano, Hiroyuki ^{[4
]}

机构：

[1] Kyoto Univ, Dept Phys, Kyoto 6068502, Japan

[2] Osaka City Univ, Adv Math Inst, Osaka 5588585, Japan

[3] Univ Southampton, Sch Math, Southampton SO17 1BJ, Hants, England

[4] Ryukoku Univ, Fac Law, Kyoto 6128577, Japan

来源：

UNIVERSE | 2021年 / 7卷 / 10期

基金：

英国科学技术设施理事会;

关键词：

gravitational waves; quasinormal modes; black hole perturbation; binary black holes; general relativity; INITIAL DATA; MASS; COALESCENCES; FREQUENCIES; COLLISIONS; RADIATION; COLLAPSE; TAMA300; SEARCH;

D O I：

10.3390/universe7100357

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Ringdown gravitational waves of compact object binaries observed by ground-based gravitational-wave detectors encapsulate rich information to understand remnant objects after the merger and to test general relativity in the strong field. In this work, we investigate the ringdown gravitational waves in detail to better understand their property, assuming that the remnant objects are black holes. For this purpose, we perform numerical simulations of post-merger phase of binary black holes by using the black hole perturbation scheme with the initial data given under the close-limit approximation, and we generate data of ringdown gravitational waves with smaller numerical errors than that associated with currently available numerical relativity simulations. Based on the analysis of the data, we propose an orthonormalization of the quasinormal mode functions describing the fundamental tone and overtones to model ringdown gravitational waves. Finally, through some demonstrations of the proposed model, we briefly discuss the prospects for ringdown gravitational-wave data analysis including the overtones of quasinormal modes.

引用

页数：28

共 128 条

[1] Search for gravitational wave ringdowns from perturbed intermediate mass black holes in LIGO-Virgo data from 2005-2010 [J].

Aasi, J. ;

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. ;

Abernathy, M. R. ;

Acernese, F. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Affeldt, C. ;

Agathos, M. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Alemic, A. ;

Allen, B. ;

Allocca, A. ;

Amariutei, D. ;

Andersen, M. ;

Anderson, R. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Arceneaux, C. ;

Areeda, J. ;

Aston, S. M. ;

Astone, P. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

Austin, L. ;

Aylott, B. E. ;

Babak, S. ;

Baker, P. T. ;

Ballardin, G. ;

Ballmer, S. W. ;

Barayoga, J. C. ;

Barbet, M. ;

Barish, B. C. ;

Barker, D. ;

Barone, F. ;

Barr, B. ;

Barsotti, L. ;

Barsuglia, M. ;

Barton, M. A. ;

Bartos, I. ;

Bassiri, R. .

PHYSICAL REVIEW D, 2014, 89 (10)

[2] Tests of General Relativity with GW150914 [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. ;

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. ;

Barr, B. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (22)

[3] GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150 M⊙ [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. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2020, 125 (10)

[4] 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)

[5] 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)

[6] Search for gravitational wave ringdowns from perturbed black holes in LIGO S4 data [J].

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Adhikari, R. ;

Ajith, P. ;

Allen, B. ;

Allen, G. ;

Amin, R. S. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Arain, M. A. ;

Araya, M. ;

Armandula, H. ;

Armor, P. ;

Aso, Y. ;

Aston, S. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

Babak, S. ;

Baker, P. ;

Ballmer, S. ;

Barker, C. ;

Barker, D. ;

Barr, B. ;

Barriga, P. ;

Barsotti, L. ;

Barton, M. A. ;

Bartos, I. ;

Bassiri, R. ;

Bastarrika, M. ;

Behnke, B. ;

Benacquista, M. ;

Betzwieser, J. ;

Beyersdorf, P. T. ;

Bilenko, I. A. ;

Billingsley, G. ;

Biswas, R. ;

Black, E. ;

Blackburn, J. K. ;

Blackburn, L. ;

Blair, D. ;

Bland, B. ;

Bodiya, T. P. ;

Bogue, L. ;

Bork, R. ;

Boschi, V. ;

Bose, S. ;

Brady, P. R. ;

Braginsky, V. B. ;

Brau, J. E. ;

Bridges, D. O. .

PHYSICAL REVIEW D, 2009, 80 (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] Tests of general relativity with binary black holes from the second LIGO-Virgo gravitational-wave transient catalog [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 D, 2021, 103 (12)

[9]

Abbott R., 2021, arXiv

[10] Black-hole collisions from Brill-Lindquist initial data: Predictions of perturbation theory [J].

Abrahams, AM ;

Price, RH .

PHYSICAL REVIEW D, 1996, 53 (04) :1972-1976

← 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 →