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Novel category of environmental effects on gravitational waves from binaries perturbed by periodic forces
Physical Review D ( IF 4.6 ) Pub Date : 2024-11-07 , DOI: 10.1103/physrevd.110.103005 Lorenz Zwick, Christopher Tiede, Alessandro A. Trani, Andrea Derdzinski, Zoltan Haiman, Daniel J. D’Orazio, Johan Samsing
Physical Review D ( IF 4.6 ) Pub Date : 2024-11-07 , DOI: 10.1103/physrevd.110.103005 Lorenz Zwick, Christopher Tiede, Alessandro A. Trani, Andrea Derdzinski, Zoltan Haiman, Daniel J. D’Orazio, Johan Samsing
We study the gravitational wave (GW) emission of sources perturbed by periodic dynamical forces that do not cause secular evolution in the orbital elements. We construct a corresponding post-Newtonian waveform model and provide estimates for the detectability of the resulting GW phase perturbations, for both space-based and future ground-based detectors. We validate our results by performing a set of Bayesian parameter recovery experiments with post-Newtonian waveforms. We find that, in stark contrast to the more commonly studied secular dephasing, periodic phase perturbations do not suffer from degeneracies with any of the tested vacuum binary parameters. We discuss the applications of our findings to a range of possible astrophysical scenarios, finding that such periodic perturbations may be detectable for massive black hole binaries embedded in circumbinary disks and extreme mass-ratio inspirals in accretion disks, as well as stellar-mass compact objects perturbed by tidal fields. We argue that modeling conservative suborbital dynamics opens up a promising new avenue to detect environmental effects in binary sources of GWs that should be included in state-of-the-art waveform templates.
中文翻译:
受周期性力扰动的双星对引力波的新环境影响类别
我们研究了受周期性动力扰动的源的引力波 (GW) 发射,这些动力不会导致轨道元素的长期演化。我们构建了相应的后牛顿波形模型,并为天基和未来的地面探测器所产生的 GW 相位扰动的可探测性提供了估计值。我们通过使用后牛顿波形执行一组贝叶斯参数恢复实验来验证我们的结果。我们发现,与更普遍研究的长期相位反相形成鲜明对比的是,周期性相位扰动不会受到任何测试的真空二进制参数的简并的影响。我们讨论了我们的发现在一系列可能的天体物理场景中的应用,发现这种周期性扰动对于嵌入在环二元盘中的大质量双星和吸积盘中的极端质量比吸入物,以及受潮汐场扰动的恒星质量致密天体可能是可以检测到的。我们认为,对保守的亚轨道动力学进行建模为检测 GW 二进制源中的环境影响开辟了一条有前途的新途径,这些双源应包含在最先进的波形模板中。
更新日期:2024-11-07
中文翻译:
受周期性力扰动的双星对引力波的新环境影响类别
我们研究了受周期性动力扰动的源的引力波 (GW) 发射,这些动力不会导致轨道元素的长期演化。我们构建了相应的后牛顿波形模型,并为天基和未来的地面探测器所产生的 GW 相位扰动的可探测性提供了估计值。我们通过使用后牛顿波形执行一组贝叶斯参数恢复实验来验证我们的结果。我们发现,与更普遍研究的长期相位反相形成鲜明对比的是,周期性相位扰动不会受到任何测试的真空二进制参数的简并的影响。我们讨论了我们的发现在一系列可能的天体物理场景中的应用,发现这种周期性扰动对于嵌入在环二元盘中的大质量双星和吸积盘中的极端质量比吸入物,以及受潮汐场扰动的恒星质量致密天体可能是可以检测到的。我们认为,对保守的亚轨道动力学进行建模为检测 GW 二进制源中的环境影响开辟了一条有前途的新途径,这些双源应包含在最先进的波形模板中。