중력파 검출 실험 데이터 분석을 위한 블랙홀 수치연구

Abstract

- 두 블랙홀이 초기에 서로 자유로운 상태에 있더라도 중력파 방출을 통해 에너지를 잃어 구속계가 될 수 있음. 이것을 중력방사포획(Gravitational Radiation Capture)이라고 함 - 본 연구에서는 Weakly hyperbolic orbit 에 해당하는 이심률에 대하여 수치시뮬레이션을 통해 이러한 포획과정 연구 - 동 과정에서 방출하는 중력파 파형을 추출하고 특성을 파악 - 포획과정에서 방출하는 에너지는 초기에너지에 비해 최대 5%까지 이르나 대부분은 1% 이내. 2.5 Post-Newtonian 근사는 초기 각운동량이 클때는 일반상대론적 결과와 잘 부합하지만 초기각운동량이 1.6 보다 작아지면서 점점 차이가 커짐 - 각운동량의 방출은 초기 각운동량에 비해 최대 35% - 블랙홀의 질량이 동일하지 않고 스핀을 갖고 있을 때 포획과정이 어떻게 달라지는지 연구 - Post-Newtonian 근사 결과와 비교하여 PN 근사가 어떠한 경우에 더 이상 유효하지 않게 되는지를 규명함 - 일반상대론에서 블랙홀 방사포획을 연구한 것은 처음이며 향 후 중력파 검출실험에 활용 가능함

We have investigated the gravitational radiation capturing processes of two black holes. This work has been done for the first time at the level of full general relativity by solving Einstein's equations numerically. For the case of equal mass black holes with no spin, the efficiency of energy radiation through gravitational waves could reach up to 5%, but is less than 1% mostly. Tha efficiency for angular momentum radiation could go up to 35%. It is shown where the Post-Newtonian approximation breaks down. Namely, 2.5PN starts to deviate from the full general relativity result as the initial angular momentum becomes smaller than 1.6. The gravitational wave forms are also extracted and analyzed. Finally, the effects of the presence of un-equal masses and non-vanishing spins are briefly explored.