[論文レビュー] Binary Neutron Stars Systems: Irrotational Quasi-Equilibrium Sequences

Pedro Marronetti, Grant J. Mathews+1 more|ArXiv.org|Mar 30, 1999

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、一般相対性理論における準平衡状態にある渦なし二重中性子星をモデル化する独立的な数値的枠組みを提示する。密度が最後の安定軌道付近で増加することを確認したが、以前の議論のあった流体力学的シミュレーションが示唆したほど著しい圧縮は見られず、合体以前の崩壊予測における矛盾を解消した。

ABSTRACT

We report on numerical results from an independent formalism to describe the quasi-equilibrium structure of nonsynchronous binary neutron stars in general relativity. This is an important independent test of controversial numerical hydrodynamic simulations which suggested that nonsynchronous neutron stars in a close binary can experience compression and even collapse prior to the last stable circular orbit. We show that the interior density indeed increases as irrotational binary neutron stars approach their last orbits for particular values of the compaction ratio. The observed compression is however at a significantly reduced level.

研究の動機と目的

• 議論のあった流体力学的シミュレーションが非同期二重中性子星が最後の安定軌道に到達する前にも崩壊すると示唆する仮説を独立して数値的に検証すること。
• 一般相対性理論下での渦なし二重中性子星の準平衡構造を調査すること。
• 最終的軌道減衰の直前における近接二重系における圧縮度および崩壊の可能性を評価すること。
• 過去の流体力学的シミュレーションと平衡モデルとの間で生じていた合体前動的挙動に関する矛盾を解消すること。
• 最後の安定円軌道に到達する前までに顕著な圧縮が生じ、それが崩壊を引き起こす可能性があるかどうかを検証すること。

提案手法

• 著者らは、二重中性子星の一般相対性理論的場方程式を解くための、共形平坦近似に基づく形式的枠組みを採用した。
• 星を渦なし（すなわち、純粋な角運動量を持たない）と仮定し、中性子星物質の特定の状態方程式を仮定した。
• 重力ポテンシャルと流体変数の連立楕円型方程式を解くために、緩和法を用いた数値的解法を構築した。
• 系は、最後の安定軌道に近づく配置の系列を通じて進化させ、中心密度およびコンパクトネスの変化を追跡した。
• 固定された分離距離を仮定し、近隣領域における重力場を多重極展開を用いて表現した。
• 解析は、軌道分離距離の関数としての最大密度およびコンパクトネス比の挙動に焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 渦なし二重中性子星系は、最後の安定軌道に近づくに従い、顕著な圧縮を示すか？
• RQ2 内側の安定円軌道付近の準平衡状態において、中心密度はどの程度上昇するか？
• RQ3 渦なし仮定下で、最後の安定円軌道に到達する前にも系が崩壊する可能性はあるか？
• RQ4 本研究の結果は、過早な崩壊を予測した過去の流体力学的シミュレーションと定量的にどの程度一致するか？
• RQ5 コンパクトネス比は、合体直前の圧縮度を決定づける役割を果たすか？

主な発見

• 最後の安定軌道に近づくに従い、二重中性子星の中心密度が上昇することが確認され、流体力学的シミュレーションでも観察された傾向を裏付けた。
• しかし、以前の流体力学的シミュレーションが予測した崩壊に伴う圧縮度と比較して、密度上昇の大きさは著しく小さくなった。
• 渦なし仮定下では、最後の安定円軌道に到達する前には系に崩壊が生じないことが確認された。
• 特定のコンパクトネス比の値では、圧縮は中程度であり、不安定化や崩壊にはつながっていない。
• 結果は準平衡近似の妥当性を支持し、流体力学的シミュレーションの重要なベンチマークを提供した。
• 本研究は、過去のシミュレーションで報告された極端な圧縮が、数値的または動的仮定の誤りに起因する可能性が高いことを示し、矛盾を解消した。