[论文解读] Gravitational Radiation from Neutron Stars and Black Holes

Carlos F. Sopuerta|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2007

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 36被引用 1

一句话总结

本文研究了中子星和极端质量比双星系统中的引力波辐射，重点分析中子星中径向与非径向振荡之间的非线性耦合所产生的可被地面探测器探测到的高频信号，以及适用于空间探测器（如LISA）的紧凑双星旋近过程产生的低频引力波。主要贡献包括识别出非线性恒星振荡的特征引力波信号，并对极端质量比系统的低频辐射进行建模。

ABSTRACT

Gravitational Wave Astronomy is becoming a reality as Earth-based interferometric gravitational-wave detectors reach the design sensitivities and move towards advanced configurations that may lead to gravitational-wave detections in the immediate future. In this contribution, I briefly sum-marize the basic characteristics of this new area, the discovery prospects and the potential for fundamental physics. Then, I present results of some investigations of two different sources of gravitational waves that are potential targets for present and future planned observatories. First, I will discuss the generation of gravitational radiation by non-linear effects arising from the cou-pling between radial and non-radial oscillations of neutron stars, which may produce distinctive gravitational-wave signatures. The gravitational radiation emitted by these sources is in the fre-quency band of Earth-based detectors. And second, I will discuss the gravitational-wave emission during the inspiral of extreme-mass-ratio compact binaries. In this case, the gravitational waves have low frequencies, inside the frequency band of space observatories like LISA. Supernovae: lights in the darkness (XXIII Trobades Científiques de la Mediterrània)

研究动机与目标

• 研究由径向与非径向振荡非线性耦合驱动的中子星引力波辐射机制。
• 分析极端质量比致密双星旋近过程中产生的低频引力波辐射。
• 评估这些信号在当前及未来引力波观测站中的可探测性。
• 评估这些源在通过引力波天文学探测基础物理方面的潜力。

提出的方法

• 使用广义相对论流体动力学建模中子星中径向与非径向振荡之间的非线性耦合。
• 计算这些振荡产生的引力波辐射谱，重点关注地面激光干涉仪可探测的频带。
• 应用后牛顿近似和极端质量比近似技术，对致密双星的旋近过程进行建模。
• 模拟极端质量比系统的引力波波形，适用于空间探测器（如LISA）。
• 将理论波形与计划中探测器的灵敏度曲线进行比较，以评估可探测性。
• 使用数值和解析方法估算潜在探测的信噪比。

实验结果

研究问题

• RQ1 中子星中径向与非径向振荡之间的非线性耦合会产生何种引力波信号？
• RQ2 这些非线性恒星振荡的波形与线性预测结果有何不同？
• RQ3 空间探测器对极端质量比双星旋近产生的引力波信号可探测性如何？
• RQ4 这些系统的波形与LISA的灵敏度频带相比有何特征？
• RQ5 通过观测这些引力波信号，可获得关于基础物理的何种新见解？

主要发现

• 中子星中径向与非径向振荡之间的非线性耦合在地面激光干涉仪可探测的频带内产生独特的引力波信号。
• 这些非线性效应产生独特的谱特征，可作为识别此类振荡的观测特征。
• 极端质量比致密双星旋近过程中的引力波辐射处于低频段，与空间探测器（如LISA）的灵敏度频带相匹配。
• 这些系统的理论波形与未来空间引力波探测器的预期灵敏度兼容。
• 本研究证明，中子星振荡和极端质量比旋近均是推动引力波天文学发展并检验基础物理的有前景目标。