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数量:9 (1)DOI: 10.37532/2320–6756.2021.9 (1).204

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形平坦,Quasi-Circular数值模拟的唧唧声从二进制GW170817中子星合并

*通信:

g·j·马修斯
天体物理学中心物理系,圣母大学巴黎圣母院,46556年,美国
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文摘

第一个探测引力波的二进制中子星合并GW170817 LIGO-Virgo协作提供了基本的新见解的天体物理站点r过程核合成和密集的中子星物质的性质。探测到引力波信号取决于中子星的潮汐变形方法合并。我们报告的相对数值模拟方法二进制合并形平坦,quasi-circular轨道近似。我们表明,该事件作为校准quasi-circular近似和确认的valitiy形平坦three-metric近似。然后我们检查发现啁啾取决于如何采用状态方程。这建立一个新的有效手段限制核状态方程在二进制中子星合并。

关键字

引力波;核合成;极化率

介绍

2017年8月17日,自然透露自己最壮观的方式,从探测到引力波LIGO和处女座合作(1),和大量的跟踪观察(2),GRB170817A kilonova以及红外和光学地面观测。在这个工作我们考虑两个方面的可能已经从这一事件。一方面,GW啁啾暗示可能困境有关核EOS推导出的后牛顿tidal-polarizability vs观测到的中子星的性质。这里我们讨论分析唧唧喳喳的数值广义相对论(3),作为一种手段来更好地限制了EoS和澄清当前的困境。第二个方面被认为是kilonova电磁频谱显示的证据r过程核合成影响裂变的壁垒和终止裂变r过程中回收。在LIGO分析(1),和跟踪分析4,5]推导了潮汐极化率的后牛顿扩张。tidal-polarizability(或可变形性)是一种内在的中子星财产高度敏感密实度参数描述中子星的趋势发展质量四极应对潮汐场诱导的同伴(6,7]。基于最近的LIGO的分析(5),据推断,潮汐极化率降低= 190 + 390 -120这意味着恒星的半径1.4米的10.5公里范围≤≤13.3公里。然而,在这项工作我们认为随着恒星的可能性方法合并在唧唧喳喳他们既不被后牛顿物理,不是一个简单的四极形变。事实上,跟踪的一种欲望进化当他们第一次进入LIGO的二进制窗口直到30秒后,当星星合并。一个轨道段100 ms这需要3000年的进化系统轨道。这确实是一项艰巨的任务从数值相对论的角度来看,很难遵循几个轨道由于计算资源的局限性。在这里,我们报告一个广义相对论的分析水动力模拟(3- - - - - -8),能够稳定的数值积分成千上万的轨道。场方程的解和水动力运动方程总结了9,10),基于空间three-metric形平坦条件。在这种方法中,一个以时空的切片通常oneparameter家庭的超曲面微分dis-placements在定义一个类时坐标(3 + 1)ADM形式主义11,12]。在笛卡尔x, y, z坐标各向同性,适当的距离表示为;

α的失效函数描述了微分失误的两个超曲面之间的适当的时间。βi数量变化向量表示超曲面之间的空间坐标的转变。曲率度量的3-geometry然后形平坦所描述的近似,即职位描述的空间度量相关的保形的因素Ø⁴乘以一个克罗内克平坦空间这个形平坦条件(CFC)的度量提供了一个数值有效的爱因斯坦方程初始解。新形式的消失的张量固定系统在三维空间保证形平坦解决爱因斯坦方程的存在。然而,这个条件的有效性度量从未建立意味着进化时间进化一个二进制。本文的目的之一是证实了这种方法的有效性。解决系统的流体运动的弯曲时空方便使用欧拉流体描述(9]。通过引入通常的洛伦兹收缩状态变量可以写出相对论流体力学方程的形式,这让我想起牛顿同行(9]。水动力状态变量有:坐标重子质量密度D,内部能源E和协变密度空间动量密度_我我;

维持稳定的关键是发展空间三个速度旋转框架;

这些状态变量而言,CFA的水动力方程如下:重子数守恒的方程的形式;

内部的方程能源进化变成了;

动量守恒的;

在情商的最后一学期了。(6)辐射反应的贡献潜力χ参中定义的。(3- - - - - -8]。包括这一项允许轨道的计算进化在CFA通过引力波发射。

作为一个第一次测试和校准,我们采用了系列似稳定的轨道从[3- - - - - -8)的引力辐射损失被设置为零。每个轨道的相对时间可以确定时间表的轨道能源损失由重力波发射中描述(3- - - - - -8),

E是轨道在哪里能源和点坐标来表示时间的导数。

整个啁啾可以通过构造合适的数值结果与修改频率和时间的幂律形式的唧唧声;

这里的a, b和c是推导出适合的数值模拟和对应修正由于包含时刻密度更高,重力,转换和动量的唧唧声。这个修正是出于观察的偏差对数f vs t情节从一条直线在数值模拟是由一个简单的二次曲线。

然而,这种方法的一个警告的时间为每个系列零t0轨道并不明确。对于我们的目的,我们固定时间为零的点的斜率线性调频(df / dt)匹配的斜率LIGO观察。自从斜率很小,然而,这在时刻0校准中引入了约10%的不确定性。然而,正如我们下面指出的那样,各种状态方程之间的差异是如此之大,这是一个可以接受的不确定性。

重建叽叽喳喳的一个例子显示了两种不同的状态方程图1基于轨道中描述(3- - - - - -8两个几乎相等的质量1.4米?中子星。柔软的曲线标记BW EoS的凉亭和威尔逊[9),导致一个紧凑的中子星。治疗标记LS375是基于非常僵硬,高不可压缩性EoS Lattimer和Swesty [13)的大型中子——恒星半径是隐含的。这些极端的例子显示一个强烈敏感性核EoS和符合PN的敏感性推导分析潮汐极化率(1,4]。

这个数字也建立了CFA的quasi-circular轨道近似可以用来重建的唧唧声比尝试更经济的方法精确完全相对论性模拟,同时还包括高阶修正比标准的PN分析。

承认

这项工作是由美国国务院的支持能源在格兰特DE - fg02 - 95 er40934。

引用

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