冯劼副教授在自旋致密双星的数值模拟方法上获得进展

　　我院冯劼副教授联合中山大学物理学院张宏浩教授团队和物理与天文学院林伟鹏教授团队，在宽带激光干涉仪引力波源之一的自旋致密双星数值模拟方法研究中取得重要进展。基于该团队构建的多因子流形改正相空间扩充法，为匹配滤波技术分析引力波信号提供了精确且可靠的数值工具。成果发表于天文学顶级期刊《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, MNRAS）。

　　自从2015年LIRGO/VIRGO队首次探测到引力波之后，相关研究领域便引起更多的关注。作为引力波源之一，自旋致密双星系统得到了广泛的研究，该系统通常是以恒星、白矮星、中子星、黑洞等大质量天体为主天体之一，而自旋双星由于存在自旋-轨道耦合作用以及自旋-自旋耦合作用，原来的二体可积系统将变得不可积，丰富的共振以及高度的非线性，为混沌现象存在于双星系统之中提供了便利，混沌引起强烈的引力耗散使得自旋致密双星的引力波探测有很强可观测效应，并且引力波能量正相关于双星质量四极矩的时间三阶导平方，这就意味着引力波的演化规律跟双星系统动力学特征息息相关，与此同时混沌现象也对数值方法的精度和稳定性有很高要求。

　　与用于天体力学中坐标动量不可分哈密顿系统的隐式积分器相比，团队提出的多因子流形改正相空间扩充法能够避免重复迭代的计算资源高消耗问题，以及迭代收敛性问题。利用流形改正方法能够有效抑制自旋致密双星中总能量以及各子项能量的误差增长，跟其他同阶的积分器相比，没有出现长期误差累积，尽管引入了坐标修正因子、动量修正因子、自旋修正因子，也依然有很高的计算效率，其数值结果与精确解也具有最小的相空间距离，表明该套方法所得结果更加贴近物理现实，这一研究成果为引力波信号匹配提供了精确高效的数值工具。审稿人也给出了很高的评价：“……Such methods may be useful to improve numerical investigation of systems with Post-Newtonian terms. I find this work interesting and possibly important, although maybe not the last one in this field. Anyway, I must congratulate the authors for writing the paper. IT SHOULD BE PUBLISHED. THUS I ACCEPT IT!”。

　　我院冯劼副教授是此工作的第一通讯作者。物理学院骆俊杰博士是第一作者。

　　此项目得到国家自然科学基金No.12203108, 11875327, 12275367 以及 12073089的资助，同时得到重点基础研究基金和中山大学科学基金资助。

　　成果链接：

　　https://doi.org/10.1093/mnras/stac3494