バイナリーブラックホールの重力波形に対する環境の影響を区別する

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レーザー干渉計宇宙アンテナ、太地町、DECi ヘルツ干渉計重力波天文台、天秦などの将来の重力波干渉計により、ブラックホールを取り巻く環境の精密な研究が可能になります。これらの検出器は、現在の重力波検出器ではまだ調査されていないミリヘルツの周波数範囲を調査します。さらに、音源は最大数年間帯域内に留まり、環境の影響を受ける可能性のある重力波信号の吸気位相が観測可能になることを意味します。この論文では、中間および極度の質量比の連星ブラックホールの吸入を研究し、一次ブラックホールの周囲に考えられる 3 つの環境、つまり降着円盤、暗黒物質スパイク、および重力原子としても知られる超軽量スカラー場の雲を検討します。これら 3 つの環境の検出可能性と測定可能性のベイズ分析を示します。 LISA による検出のケースを具体的にすることに焦点を当て、LISA が重力波形に残す特徴的な痕跡により、信号を生成した環境を特定し、そのモデルパラメーターを正確に再構築できることを示します。

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有益な議論をしていただいた P. Pani 氏と S. Witte 氏に感謝します。 PSC はアムステルダム大学物理学研究所の支援に感謝します。 AC はシュミット先物財団から資金提供を受けました。 DGは、2022年9月から2022年11月までラモン・イ・カハルプログラムRYC2020-029184-Iを通じてスペインのMINECOから支援を受けており、現在は国立核物理研究所（INFN）の資金提供によるプロジェクト「理論天体粒子物理学（TAsP）」から支援されている。 BJK は、スペインの研究庁 (AEI、科学大臣、イノベーション大学) のカンタブリア大学への支援に感謝します (参照: MDM-2017-0765)。 TFMS は、VILLUM FONDEN (助成金番号 37766)、デンマーク研究財団、および欧州連合の H2020 ERC Advanced Grant「ブラックホール: 発見の重力エンジン」(助成金契約番号: Gravitas-101052587) によって支援されています。

アムステルダム重力粒子物理学 (GRAPPA)、アムステルダム理論物理学研究所およびアムステルダム大学デルタ理論物理学研究所、オランダ、アムステルダム

フィリッパ・S・コール、ジャンフランコ・ベルトーネ、テオファネス・カリダス、トーマス・FM・スパイクスマ、ジョヴァンニ・マリア・トマセッリ

Ciela – 計算および天体物理データ分析研究所、モントリオール、ケベック、カナダ

アダム・クーガン

モントリオール大学物理学科、モントリオール、ケベック、カナダ

アダム・クーガン

Mila – Quebec AI Institute、モントリオール、ケベック、カナダ

アダム・クーガン

ピサの INFN セクション、ポロフィボナッチ、ピサ、イタリア

ダニエル・ガジェロ

バレンシア大学粒子物理学研究所およびCSIC（パテルナ、スペイン）

ダニエル・ガジェロ

カンタブリア物理学研究所、UC-CSIC、サンタンデール、スペイン

ブラッドリー・J・カバナー

ニールス・ボーア国際アカデミー、ニールス・ボーア研究所、コペンハーゲン、デンマーク

トーマス・FM・スパイクスマ

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PSC はこの原稿の主な分析を実施し、すべての図を作成しました。 GB はプロジェクトのアイデアを発案し、グループのメンバーを調整しました。 AC は、このより広範な文脈で使用するために拡張された分析用のダークドレスコードを提供しました。 DG は DF とガストルクに関する問題について相談しました。 TK はサロゲートモデルを作成し、補足情報に表示されるダークドレスの分析を行いました。 BJK は、フィードバックプロセスを計算するためのコードを提供しました。 TFMS と GMT は、重力原子のエネルギー損失を計算するためのコードを提供しました。著者全員が原稿の執筆と編集に協力しました。

フィリッパ・S・コールへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Astronomy は、この研究の査読に貢献してくれた匿名の査読者に感謝します。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

補足図。 1 ～ 5、ディスカッションおよび関連参考文献。

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転載と許可

コール、PS、ベルトーネ、G.、クーガン、A. 他。バイナリブラックホールの重力波形に対する環境の影響を区別します。ナット・アストロン（2023）。 https://doi.org/10.1038/s41550-023-01990-2

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受信日: 2022 年 11 月 10 日

受理日: 2023 年 5 月 3 日

公開日: 2023 年 6 月 5 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-023-01990-2

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