[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出了一种独立的数值形式化方法，用于在广义相对论框架下模拟准平衡态下的无旋双中子星。结果表明，靠近最后一稳定轨道时密度有所增加，但其压缩程度远低于以往存在争议的流体动力学模拟所预测的水平，从而解决了此前关于并合前塌缩预测的矛盾。

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.

研究动机与目标

• 为存在争议的流体动力学模拟提供独立的数值检验，这些模拟表明非同步双中子星在最后一稳定轨道前即发生塌缩。
• 研究在广义相对论下无旋双中子星的准平衡结构。
• 评估在最终轨道衰减之前，近距离双星系统中的压缩程度及潜在塌缩。
• 解决先前流体动力学模拟与平衡模型在并合前动力学方面存在的差异。
• 验证或挑战在最后一稳定圆形轨道之前是否存在显著压缩导致塌缩的现象。

提出的方法

• 作者采用基于共形平坦近似的形式化方法，求解双中子星在准平衡态下的爱因斯坦场方程。
• 将恒星建模为无旋的，即净角动量为零，并假设中子星物质具有特定的状态方程。
• 利用松弛法求解引力势与流体变量之间的耦合椭圆方程，构建数值解。
• 通过一系列趋近于最后一稳定轨道的配置演化系统，追踪中心密度与集中度的变化。
• 该方法假设分离距离固定，并使用多重极展开来表示近场区域的引力场。
• 分析聚焦于最大密度与集中度比随轨道分离度的变化行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 无旋双中子星系统在接近最后一稳定轨道时是否表现出显著压缩？
• RQ2 在最内侧稳定圆形轨道附近，准平衡态配置中的中心密度增加程度如何？
• RQ3 在无旋假设下，系统是否可能在最后一稳定轨道之前发生塌缩？
• RQ4 与先前预测过早塌缩的流体动力学模拟相比，结果在定量上如何对比？
• RQ5 集中度比在决定并合前压缩程度方面起什么作用？

主要发现

• 随着双中子星接近最后一稳定轨道，其中心密度增加，证实了流体动力学模拟中观察到的趋势。
• 然而，与先前预测塌缩的流体动力学模拟相比，密度增加的幅度显著降低。
• 在无旋假设下，系统在最后一稳定圆形轨道之前未发生塌缩。
• 对于特定的集中度比值，压缩程度适中，不会导致不稳定或塌缩。
• 结果支持准平衡近似的有效性，并为流体动力学模拟提供了关键基准。
• 本研究通过表明先前模拟中报告的极端压缩很可能是数值或动力学假设导致的人为结果，从而解决了相关矛盾。