[논문 리뷰] Spherical neutron star collapse in tensor-scalar theory of gravity

J. Novák|arXiv (Cornell University)|1997. 07. 18.

Pulsars and Gravitational Waves Research인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 텐서-스칼라 중력 이론 내에서 중성자별의 중력 수축을 모델링하며, 결합된 텐서-스칼라 및 유체역학 방정식을 해결하여 스칼라 중력파 방출을 시뮬레이션한다. 임계 결합 매개변수를 초과할 경우 스칼라 중력파의 진폭과 방출 에너지가 급격히 증가함을 발견하여, LIGO/VIRGO 관측소에서 검출 가능할 수 있음을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 텐서-스칼라 중력 이론 내에서 유체역학과 스칼라 장 역학을 포함한 중성자별의 전체 중력 수축을 모델링하기.
• 수축 과정 동안 방출되는 스칼라 중력파의 특성을 규명하기.
• LIGO 및 VIRGO와 같은 레이저 간섭계 관측소를 이용한 이러한 스칼라 파동의 검출 가능성 평가하기.
• 이론 내 텐서 및 스칼라 장 간의 결합 매개변수에 따라 스칼라 파동의 진폭과 에너지가 어떻게 달라지는지 조사하기.

제안 방법

• 완전한 텐서-스칼라 장 방정식과 완전한 유체역학 방정식의 결합 설정.
• 자기중력 수축을 시뮬레이션하기 위해 결합된 시스템의 수치적 통합.
• 수축 단계 동안 스칼라 장의 진화와 그 방사성 방출 추적.
• 단극자 중력파로 방출되는 스칼라 파동의 진폭과 에너지 흐름 계산.
• 텐서 및 스칼라 장 간의 결합 매개변수에 따른 파동 특성의 의존성 분석.
• 결과를 바탕으로 지상 기반 간섭계 검출기의 검출 가능성 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중성자별 붕괴 기간 동안 텐서-스칼라 이론 내의 결합 매개변수에 따라 스칼라 중력파 방출은 어떻게 달라지는가?
• RQ2 수축 과정 동안 스칼라 에너지의 몇 퍼센트가 단극자 스칼라 중력파 형태로 방출되는가?
• RQ3 스칼라 파동의 진폭과 방출 에너지가 급격히 증가하는 임계 결합 매개변수 값은 얼마인가?
• RQ4 결과적으로 생성된 스칼라 파동은 현재 또는 계획 중인 레이저 간섭계 중력파 관측소에서 검출 가능한가?
• RQ5 수축 과정 동안 유체역학적 역학과 스칼라 장 역학은 어떻게 상호작용하는가?

주요 결과

• 수축 과정 동안 스칼라 에너지의 일부만 단극자 스칼라 중력파 형태로 방출된다.
• 텐서 및 스칼라 장 간의 결합 매개변수의 임계 값 이상에서 스칼라 파동의 진폭과 에너지가 급격히 증가한다.
• 임계 결합 매개변수는 스칼라 중력파 방출이 현저히 강해지는 전이점임을 나타낸다.
• 스칼라 중력파 신호는 LIGO 및 VIRGO와 같은 레이저 간섭계 관측소에서 검출 가능할 수 있다.
• 파동 진폭과 방출 에너지가 결합 매개변수에 따라 비선형적으로 의존하며, 임계 값 이상에서 급격한 상승을 보인다.
• 결과는 향후 중력파 관측이 텐서-스칼라 중력 이론의 매개변수를 제약할 수 있음을 시사한다.