[论文解读] Low-$T/|W|$ instabilities in differentially rotating neutron stars resembling merger remnants

Georgios Lioutas, P. Iosif+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2026

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 0

一句话总结

本文构建了不同ially rotating 中子星的常数休止质量序列，类似于并合后残骸，在符合共形平坦近似的三维 GRHD 代码中演化，并分析低-T/|W| 不稳定性及其在两种微观物理 EOS（SFHo 与 DD2）中的引力波信号。

ABSTRACT

We construct constant rest-mass sequences of equilibrium models of differentially rotating neutron stars which resemble binary neutron star post-merger remnants. For a more realistic description of the post-merger remnant, we impose that each model carries approximately $95\%$ of the angular momentum that a binary system with the same total rest-mass has at the moment of merging, based on an empirical relation informed from neutron star merger simulations. We account for equation of state effects by employing two distinct microphysical descriptions for high density matter. We dynamically evolve the equilibrium models with a three-dimensional general relativistic hydrodynamics code that employs the conformal flatness approximation. We investigate the connection between the occurrence of the instability and the existence of corotation radii within the stellar configurations and determine the instability window for both equation of state sequences. The occurrence of low-$T/|W|$ instabilities leads to pronounced gravitational wave emission in the range $0.13 \lessapproxβ\lessapprox 0.2$, while models outside this range exhibit less pronounced features in the gravitational wave spectrum. The prominence of gravitational wave emission is primarily determined by $β$, while the equation of state seems to have a more minor effect. We present correlations between the strength of the gravitational wave emission associated with the instability and properties of the equilibrium models. Stellar configurations modelled by different equations of state display differences in the timescales over which the various dynamical features develop, as well as whether they exhibit a pronounced $m=1$ deformation. Potential relations between the instability growth timescales and properties of the stellar models are studied.

研究动机与目标

• 通过将双星中子星合并后的残骸与稳态、差分自转中子星模型联系起来，来激发研究。
• 研究在这类模型中低-T/|W| 不稳定性如何随自转和 EOS 变化而发展。
• 评估不稳定性相关的引力波信号以及共转化半径和涡度分布在这些不稳定性中的作用。
• 在两种 EOS 下提供不稳定性强度、增生率与平衡模型属性之间的相关性。
• 探讨 EOS 是否显著影响这些残骸中的不稳定性时间尺度和形变模态（如 m=1）。

提出的方法

• 使用一个 4 参数自转律构建类似 BNS 合并残骸的差分自转中子星常数休止质量序列。
• 在符合共形平坦近似（CFC）的三维 GRHD 中对其中一部分平衡模型进行演化，以研究动力学不稳定性。
• 使用两种微观物理 EOS（SFHo 和 DD2），在初始数据中采用零温分片，并在演化过程中使用带温度/组成依赖表的完整数据。
• 将赤道密度分解为方位模态 P_m，以诊断非轴对称不稳定性。
• 分析共转带和涡度结构，将模态模式速度与局部角速度及稳定性准则联系起来。
• 从模拟中提取重力波信号（h_+），以量化与不稳定性相关的 GW 辐射。

实验结果

研究问题

• RQ1 在跨越 SFHo 与 DD2 EOS 的差分自转中子星中，低-T/|W| 不稳定性如何发展？
• RQ2 在这些模型中，不稳定性、共转半径与涡度分布之间的关系是怎样的？
• RQ3 转动参数 β（T/|W|）如何影响不稳定性的增长和强度，以及由此产生的 GW 谱？
• RQ4 EOS 是否显著影响不稳定性的发展时间尺度和形变特征（如 m=1）？
• RQ5 是否可以为这些类似后 merger 配置建立平衡性质与 GW 发射之间的相关性？

主要发现

• 在 0.13 ≲ β ≲ 0.2 范围内，低-T/|W| 不稳定性导致显著的引力波发射。
• GW 的显著性主要由 β 决定，EOS 起次要作用。
• 不稳定性的发展与模型的共转半径和涡度结构相关。
• 具有较软与较硬 EOS 的模型在动力学时间尺度和形变模式（如 m=1）上存在差异。
• 对于 SFHo 与 DD2 的两个参考模型，在跨越一系列 β 值时观察到与不稳定性相关的可观察 GW 特征。