[論文レビュー] Has deconfined quark matter been detected during GW170817/AT2017gfo?

G. F. Burgio, A. Drago+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 26, 2018

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、GW170817/AT2017gfo イベントが、ハドロン星とクォーク（またはハイブリッド）星の二重星合体によって生じたものであると提案し、重力波、キロノーバ、X線観測の間にある矛盾を解消する。混合ハドロン-クォーク物質を用いた合体モデルにより、著者らは、潮汐歪み、キロノーバ噴出物質量、X線スペクトル制約を満たすことを示し、1.4 M⊙ の半径が11.5–13.5 km の範囲内にあることを得た。

ABSTRACT

The detection of GW170817 and its electromagnetic counterparts allows to constrain the equation of state of dense matter in new and complementary ways. Very stiff equations of state are ruled out by the upper limit on the tidal deformability requested by the detected gravitational wave signal. Very soft equations of state are also disfavored by considering the large amount of ejected matter which powers the kilonova AT2017gfo. This translates into an allowed window for the radius of the $1.4 M_{\odot}$ stellar configuration between $\sim 11.5$ and $13.5\,$km. On the other hand, several analyses of X-ray observations suggest radii significantly smaller than $11.5\,$km. Here we show that by interpreting the event of August 2017 as due to the merger of a hadronic star and of a quark (or hybrid) star it is possible to satisfy all the observational constraints derived from GW170817/AT2017gfo as well as the constraints obtained by the modeling of the X-ray spectra of compact stars.

研究の動機と目的

• 密度の高い物質の状態方程式に関する重力波、キロノーバ、X線制約の間にある矛盾を解消すること。
• 混合ハドロン-クォーク星の二重星が、GW170817 からの潮汐歪みの上限と、AT2017gfo からの噴出物質量の両方を同時に満たすかどうかを検証すること。
• コンパクト星の観測されたX線スペクトルを、重力波およびキロノーバデータから導かれる半径制約と一致させること。
• 合体相手の1つの星にクォーク物質コアがある場合、既存の観測制約に反しないまま観測されたマルチメッセンジャ信号を説明できるかどうかを検討すること。

提案手法

• ハドロンおよびクォーク物質相を含むハイブリッド状態方程式を用いて二重星合体をモデル化すること。
• 重力波信号の潮汐歪み上昇限界を適用し、非常に剛性の高い状態方程式を除外すること。
• キロノーバ光曲線のモデリングを用いて噴出物質量を制約し、やや剛性の高い状態方程式を支持すること。
• コンパクト星からのX線スペクトルのフィッティングにより半径を推定し、理論的予測と比較すること。
• すべてのマルチメッセンジャデータの整合性を確認し、ハイブリッド星シナリオを検証すること。
• ハイブリッド状態方程式下での1.4 M⊙ 構成の半径を計算し、観測可能な範囲と整合性があるかを検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハドロン-クォーク星の二重星合体は、GW170817 で観測された潮汐歪みの上限を再現できるか？
• RQ2 AT2017gfo のキロノーバから推定される噴出物質量は、やや剛性の高い状態方程式を支持するか？ そして、そのような状態方程式はX線半径制約と整合するか？
• RQ3 1つの星にクォーク物質コアがある場合、観測されたX線スペクトルを説明できるか？ また、重力波およびキロノーバの制約を満たすか？
• RQ4 11.5–13.5 km の範囲に1.4 M⊙ の半径を持つ、すべてのマルチメッセンジャデータと整合する可能性のある実現可能な状態方程式があるか？

主な発見

• ハイブリッド星シナリオにより、1.4 M⊙ の半径が11.5–13.5 km の範囲内に収まり、重力波およびキロノーバの両方の制約を満たすことが可能である。
• 非常に剛性の高い状態方程式は、GW170817 からの潮汐歪み上昇限界によって除外される。
• 非常に柔らかい状態方程式は、AT2017gfo を駆動する大きな噴出物質量によって好まれない。
• X線スペクトルモデリングは、11.5 km 未満の半径を支持するが、ハイブリッド星モデルはクォークコアを許容することにより、この制約と整合する。
• ハドロン星とクォーク（またはハイブリッド）星の合体は、GW170817/AT2017gfo からのすべてのマルチメッセンジャ観測を一貫して説明できる。
• このモデルは、既存の観測制約に反することなく、観測された半径範囲およびX線データをうまく説明している。