Дана серия гравитационно-волновых сигналов от слияния двух компактных объектов: какие параметры (массы, спины, расстояние, ориентация) можно извлечь из формы и поляризации сигнала, и какие остаются слабо определёнными
Кратко, с пояснениями. Сильно определяются - Хирп-масса M=(m1m2)3/5(m1+m2)1/5\displaystyle \mathcal{M}=\frac{(m_1 m_2)^{3/5}}{(m_1+m_2)^{1/5}}M=(m1+m2)1/5(m1m2)3/5. Фаза инспирала зависит главным образом от M\mathcal{M}M, поэтому она измеряется очень точно (особенно при хорошем SNR). - Комбинации, связанные с финальной чёрной дырой: масса и спин остатка (из слияния/рингдауна) — при достаточно сильном сигнале частоты и затухание мод рингдауна дают точную оценку. Умеренно определяются - Массовое соотношение / симметричное отношение η=m1m2(m1+m2)2\eta=\frac{m_1 m_2}{(m_1+m_2)^2}η=(m1+m2)2m1m2 или отношение масс q=m2/m1q=m_2/m_1q=m2/m1. Фаза содержит информацию, но она менее чувствительна, чем к M\mathcal{M}M, поэтому m1,m2m_1,m_2m1,m2 как отдельные величины имеют большие ошибки. - Эффективный выровненный спин χeff=m1χ1z+m2χ2zm1+m2\displaystyle \chi_{\rm eff}=\frac{m_1\chi_{1z}+m_2\chi_{2z}}{m_1+m_2}χeff=m1+m2m1χ1z+m2χ2z. Он вносит ≈параметрическую поправку в фазу и измеряется лучше, чем отдельные проекции спинов. Слабо определяются / сильные вырожденности - Отдельные массы m1,m2m_1,m_2m1,m2: из-за высокой чувствительности фазы к M\mathcal{M}M и частичной чувствительности к η\etaη индивидуальные массы часто имеют широкие постериоры (особенно при близких массах). - Компоненты спина в плоскости орбиты (ответственные за прецессию) и углы наклона спинов — прецессионные эффекты слабее и требуют высокого SNR и длинного инспирала; параметр прецессии χp\chi_pχp обычно плохо ограничен. - Расстояние и ориентация (наклонение орбиты). Амплитуда сигнала содержит фактор (в приближении SPA) h~(f)∝M5/6DL f−7/6×F(ι,ψ)\displaystyle \tilde h(f)\propto\frac{\mathcal{M}^{5/6}}{D_L}\,f^{-7/6}\times\mathcal{F}(\iota,\psi)h~(f)∝DLM5/6f−7/6×F(ι,ψ), поэтому имеется сильная вырожденность между люмин. расстоянием DLD_LDL и углом наклона ι\iotaι (угол между направлением на наблюдателя и орбитальным моментом). Без дополнительных сведений DLD_LDL и ι\iotaι плохо разделяются. - Поляризационный угол ψ\psiψ и поляризация сигнала: чтобы полноценно восстановить две поляризации (и тем самым лучше отделить ι\iotaι и ψ\psiψ), нужна сеть несогласованных детекторов (≥3); при 2 детекторах часто остаются сильные неразрешимые сочетания. - Космологическая красная компонента: детекторы измеряют «краснозависимые» массы mz=(1+z)m\displaystyle m_z=(1+z)mmz=(1+z)m. Без независимого z (EM-контрпартнёр) нельзя отделить mmm и zzz. - При наличии нейтронных звёзд: тензор деформации/тяжесть (tidal deformability Λ\LambdaΛ) влияет на поздний инспирал и может быть измерена лишь при высоком SNR и/или у BNS; для BH вклад тидальных эффектов отсутствует. Влияние сети детекторов и SNR - Точность и какие параметры можно разрешить зависят критически от SNR, длины наблюдаемого инспирала и числа/геометрии детекторов. Три и более детектора дают гораздо лучшее локалирование на небе, измерение поляризации и снятие некоторых вырожденностей (особенно DLD_LDL vs ι\iotaι и ψ\psiψ). Итого: форма фазы даёт очень точную хирп‑массу и информацию об χeff\chi_{\rm eff}χeff; амплитуда + поляризация дают DLD_LDL, ι\iotaι, ψ\psiψ только с вырожденностями (улучшаются сетью детекторов); отдельные массы, в‑плоскостные спины, точный zzz и некоторые углы обычно остаются слабо определёнными.
Сильно определяются
- Хирп-масса M=(m1m2)3/5(m1+m2)1/5\displaystyle \mathcal{M}=\frac{(m_1 m_2)^{3/5}}{(m_1+m_2)^{1/5}}M=(m1 +m2 )1/5(m1 m2 )3/5 . Фаза инспирала зависит главным образом от M\mathcal{M}M, поэтому она измеряется очень точно (особенно при хорошем SNR).
- Комбинации, связанные с финальной чёрной дырой: масса и спин остатка (из слияния/рингдауна) — при достаточно сильном сигнале частоты и затухание мод рингдауна дают точную оценку.
Умеренно определяются
- Массовое соотношение / симметричное отношение η=m1m2(m1+m2)2\eta=\frac{m_1 m_2}{(m_1+m_2)^2}η=(m1 +m2 )2m1 m2 или отношение масс q=m2/m1q=m_2/m_1q=m2 /m1 . Фаза содержит информацию, но она менее чувствительна, чем к M\mathcal{M}M, поэтому m1,m2m_1,m_2m1 ,m2 как отдельные величины имеют большие ошибки.
- Эффективный выровненный спин
χeff=m1χ1z+m2χ2zm1+m2\displaystyle \chi_{\rm eff}=\frac{m_1\chi_{1z}+m_2\chi_{2z}}{m_1+m_2}χeff =m1 +m2 m1 χ1z +m2 χ2z .
Он вносит ≈параметрическую поправку в фазу и измеряется лучше, чем отдельные проекции спинов.
Слабо определяются / сильные вырожденности
- Отдельные массы m1,m2m_1,m_2m1 ,m2 : из-за высокой чувствительности фазы к M\mathcal{M}M и частичной чувствительности к η\etaη индивидуальные массы часто имеют широкие постериоры (особенно при близких массах).
- Компоненты спина в плоскости орбиты (ответственные за прецессию) и углы наклона спинов — прецессионные эффекты слабее и требуют высокого SNR и длинного инспирала; параметр прецессии χp\chi_pχp обычно плохо ограничен.
- Расстояние и ориентация (наклонение орбиты). Амплитуда сигнала содержит фактор (в приближении SPA)
h~(f)∝M5/6DL f−7/6×F(ι,ψ)\displaystyle \tilde h(f)\propto\frac{\mathcal{M}^{5/6}}{D_L}\,f^{-7/6}\times\mathcal{F}(\iota,\psi)h~(f)∝DL M5/6 f−7/6×F(ι,ψ),
поэтому имеется сильная вырожденность между люмин. расстоянием DLD_LDL и углом наклона ι\iotaι (угол между направлением на наблюдателя и орбитальным моментом). Без дополнительных сведений DLD_LDL и ι\iotaι плохо разделяются.
- Поляризационный угол ψ\psiψ и поляризация сигнала: чтобы полноценно восстановить две поляризации (и тем самым лучше отделить ι\iotaι и ψ\psiψ), нужна сеть несогласованных детекторов (≥3); при 2 детекторах часто остаются сильные неразрешимые сочетания.
- Космологическая красная компонента: детекторы измеряют «краснозависимые» массы mz=(1+z)m\displaystyle m_z=(1+z)mmz =(1+z)m. Без независимого z (EM-контрпартнёр) нельзя отделить mmm и zzz.
- При наличии нейтронных звёзд: тензор деформации/тяжесть (tidal deformability Λ\LambdaΛ) влияет на поздний инспирал и может быть измерена лишь при высоком SNR и/или у BNS; для BH вклад тидальных эффектов отсутствует.
Влияние сети детекторов и SNR
- Точность и какие параметры можно разрешить зависят критически от SNR, длины наблюдаемого инспирала и числа/геометрии детекторов. Три и более детектора дают гораздо лучшее локалирование на небе, измерение поляризации и снятие некоторых вырожденностей (особенно DLD_LDL vs ι\iotaι и ψ\psiψ).
Итого: форма фазы даёт очень точную хирп‑массу и информацию об χeff\chi_{\rm eff}χeff ; амплитуда + поляризация дают DLD_LDL , ι\iotaι, ψ\psiψ только с вырожденностями (улучшаются сетью детекторов); отдельные массы, в‑плоскостные спины, точный zzz и некоторые углы обычно остаются слабо определёнными.