[論文レビュー] Spherical neutron star collapse in tensor-scalar theory of gravity

J. Novák|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 1997

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、テンソルスカラー重力理論における中性子星の重力的収縮をモデル化し、結合したテンソルスカラー方程式と流体力学方程式を解いてスカラー重力波の放射をシミュレートする。臨界結合パラメータを超えると、スカラー波の振幅と放射エネルギーが著しく増加し、LIGO/VIRGO観測所で検出可能になる可能性があることが判明した。

ABSTRACT

Complete tensor-scalar and hydrodynamic equations are presented and integrated, for a self-gravitating perfect fluid, in order to follow the gravitational collapse (including full hydrodynamics) of a neutron star and to study the resulting scalar gravitational wave. During the collapse, only a part of the scalar energy is radiated away as monopolar wave. This wave could be detected by a laser interferometric gravitational wave observatory (such as VIRGO or LIGO), thus constraining the parameters of the theory. The dependence of the wave amplitude and the radiated energy on those parameters is studied and it is shown that there exists some critical value of the parameter of the coupling function between the tensor and the scalar fileds, above which these quantities dramatically increase.

研究の動機と目的

• テンソルスカラー重力理論における中性子星の完全な重力的収縮を、流体力学的およびスカラー場のダイナミクスを含めてモデル化すること。
• 収縮過程中に放出されるスカラー重力波の特性を特定すること。
• LIGO や VIRGO のようなレーザー干渉型観測所を用いた、これらのスカラー波の検出可能性を評価すること。
• 理論におけるテンソルおよびスカラー場間の結合パラメータにどのようにスカラー波の振幅とエネルギーが依存するかを調査すること。

提案手法

• 完全なテンソルスカラー場方程式と完全流体の流体力学方程式を結合した定式化。
• 自己重力的中性子星収縮をシミュレートするための連立系の数値積分。
• 収縮段階中のスカラー場の進化およびその放射的放出の追跡。
• モノポール的重力波放射としてのスカラー波の振幅およびエネルギーフラックスの計算。
• テンソルおよびスカラー場間の結合パラメータに依存する波の性質の分析。
• 結果を用いて地上干渉型検出器による検出可能性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性子星の収縮中に、テンソルスカラー理論における結合パラメータがスカラー重力波放射にどのように影響するか？
• RQ2 収縮中にスカラーエネルギーのどの程度がモノポール的スカラー波として放射されるか？
• RQ3 スカラー波の振幅と放射エネルギーが急激に増加する臨界結合パラメータの値は何か？
• RQ4 得られるスカラー波は、現在または計画中のレーザー干渉型重力波観測所で検出可能か？
• RQ5 収縮過程における流体力学的ダイナミクスとスカラー場ダイナミクスの相互作用はいかなるものか？

主な発見

• 収縮中にスカラーエネルギーの一部しかモノポール的スカラー重力波として放射されない。
• テンソルおよびスカラー場間の結合パラメータが臨界値を超えると、スカラー波の振幅とエネルギーが著しく増加する。
• 臨界結合パラメータは、スカラー波放射が著しく強くなる遷移を示す。
• スカラー波信号は、LIGO や VIRGO のようなレーザー干渉型観測所で検出可能である可能性がある。
• 波の振幅と放射エネルギーが結合パラメータに依存する関係は非線形的であり、臨界値を超えると急激に上昇する。
• 結果から、将来的な重力波観測がテンソルスカラー重力理論のパラメータを制約する可能性があると示唆される。