[論文レビュー] No evidence of kinetic screening in merging binary neutron stars

Miguel Bezares, Ricard Aguilera-Miret+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2021

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、微分自己相互作用を有するスカラーテンソル理論における完全相対論的数値シミュレーションを用いて、合体する二重中性子星におけるスカラーモードの放射を調査する。スカラーモードの主要な四重極モードが抑制されるキネティックスクリーニングの証拠は得られず、MeVスケールの強い結合スケールにおいて、Fierz-Jordan-Brans-Dicke理論におけるスカラーモードと同等またはそれ以上のスカラーモードが観測される。

ABSTRACT

We have conducted fully relativistic simulations in a class of scalar-tensor theories with derivative self-interactions and screening of local scales. By using high-resolution shock-capturing methods and a non-vanishing shift vector, we have managed to avoid issues plaguing similar attempts in the past. We have first confirmed recent results by ourselves in spherical symmetry, obtained with an approximate approach and pointing at a partial breakdown of the screening in black-hole collapse. Then, we considered the late inspiral and merger of binary neutron stars. We found that screening tends to suppress the (subdominant) dipole scalar emission, but not the (dominant) quadrupole scalar mode. Our results point at quadrupole scalar signals as large as (or even larger than) in Fierz-Jordan-Brans-Dicke theories with the same conformal coupling, for strong-coupling scales in the MeV range that we can simulate.

研究の動機と目的

• スカラーテンソル理論における二重中性子星合体の過程で、キネティックスクリーニング機構がスカラーモード放射を抑制するかどうかを調査すること。
• 高解像度衝撃捕捉法と非ゼロのシフトベクトルを用いることで、従来のシミュレーションにおける不一致を解消すること。
• スクリーニングの影響を、従属モードのダイポールと主要モードの四重極モードのスカラーモード放射に及ぼす影響を評価すること。
• 同等の結合条件下で、Fierz-Jordan-Brans-Dicke理論におけるスカラーモード放射の振幅と比較すること。

提案手法

• 微分自己相互作用を有するスカラーテンソル理論のクラスにおいて、完全相対論的数値シミュレーションを実施し、局所スケールでのスクリーニングを考慮する。
• 合体過程における流体力学的およびスカラーフィールドのダイナミクスを正確に解明するために、高解像度衝撃捕捉法を実装する。
• 数値的安定性を向上させ、過去のシミュレーションで見られた問題を回避するために、非ゼロのシフトベクトルを用いる。
• 結果の妥当性を検証するため、球対称性の下でシミュレーションを実施し、従来の近似手法と比較する。
• 二重中性子星の遅いインスピレーションおよび合体段階にまでシミュレーションを拡張し、スカラーモード放射のパターンを分析する。
• ダイポールおよび四重極モードに分離してスカラーモードを定量的に評価し、異なる結合領域における振幅を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 微分自己相互作用を有するスカラーテンソル理論における二重中性子星合体の過程で、キネティックスクリーニングがスカラーモード放射を効果的に抑制するか。
• RQ2 遅いインスピレーションおよび合体段階において、ダイポールと四重極モードのスカラーモード放射の振幅はどのように比較されるか。
• RQ3 スクリーニングは、従属モードのダイポールモードと比較して、主要モードの四重極モードにどの程度の影響を及ぼすか。
• RQ4 同じ共形結合条件下で、シミュレーションされた理論におけるスカラーモード放射の振幅は、Fierz-Jordan-Brans-Dicke理論におけるものと同等またはそれ以上か。
• RQ5 MeVスケールの強いつながりスケールが、合体過程におけるスカラーモード放射挙動に果たす役割は何か。

主な発見

• 二重中性子星合体において、主要な四重極スカラーモードが抑制されるキネティックスクリーニングの証拠は得られなかった。
• スクリーニングは従属モードのダイポールスカラーモードを抑制することが観測されたが、主要モードの四重極モードには影響しなかった。
• 四重極スカラーモードの信号は、同一の共形結合を持つFierz-Jordan-Brans-Dicke理論におけるものと同等またはそれ以上に大きいことが判明した。
• 球対称性の下でのシミュレーションは、以前の近似結果を確認し、ブラックホール崩壊時にスクリーニングの部分的崩壊が生じることを示した。
• 四重極モードにスクリーニング抑制が見られないことから、スカラーモード放射が重力波観測で検出可能である可能性が示唆される。
• 強いつながりスケールがMeVスケールに位置する場合、結果は安定しており、現在の数値フレームワークでアクセス可能である。