[论文解读] No evidence of kinetic screening in merging binary neutron stars

Miguel Bezares, Ricard Aguilera-Miret+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2021

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 6

一句话总结

本研究通过具有导数自相互作用的标量-张量理论中的全相对论性模拟，研究了并合双中子星中的标量辐射。结果表明，主导四极标量模式并未受到动能屏蔽的抑制，其标量信号与Fierz-Jordan-Brans-Dicke理论在MeV量级强耦合尺度下的信号相当或更强。

ABSTRACT

We have conducted fully relativistic simulations in a class of scalar-tensor theories with derivative self-interactions and screening of local scales. By using high-resolution shock-capturing methods and a non-vanishing shift vector, we have managed to avoid issues plaguing similar attempts in the past. We have first confirmed recent results by ourselves in spherical symmetry, obtained with an approximate approach and pointing at a partial breakdown of the screening in black-hole collapse. Then, we considered the late inspiral and merger of binary neutron stars. We found that screening tends to suppress the (subdominant) dipole scalar emission, but not the (dominant) quadrupole scalar mode. Our results point at quadrupole scalar signals as large as (or even larger than) in Fierz-Jordan-Brans-Dicke theories with the same conformal coupling, for strong-coupling scales in the MeV range that we can simulate.

研究动机与目标

• 研究在标量-张量理论中，动能屏蔽机制是否抑制双中子星并合过程中的标量辐射。
• 通过采用高分辨率激波捕捉方法和非零位移矢量，解决先前模拟中的不一致性。
• 评估屏蔽对标量辐射中次主导的偶极子模式与主导的四极模式的影响。
• 在相同耦合条件下，将模拟理论中的标量辐射幅度与Fierz-Jordan-Brans-Dicke理论中的结果进行比较。

提出的方法

• 在具有导数自相互作用及局部尺度屏蔽特性的标量-张量理论类中，开展全相对论性数值模拟。
• 采用高分辨率激波捕捉方法，精确解析并合过程中的流体动力学与标量场动力学。
• 使用非零位移矢量以提高数值稳定性，避免先前模拟中出现的问题。
• 在球对称条件下进行模拟，以与先前近似方法的结果进行验证。
• 将模拟扩展至双中子星的后期旋近与并合阶段，分析标量辐射模式。
• 通过分离偶极子与四极子模式并比较其在不同耦合区域中的幅度，量化标量辐射。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有导数自相互作用的标量-张量理论中，动能屏蔽是否能有效抑制双中子星并合过程中的标量辐射？
• RQ2 在后期旋近与并合阶段，偶极子与四极子标量辐射模式的幅度如何比较？
• RQ3 与次主导的偶极子模式相比，屏蔽对主导的四极子标量信号影响有多大？
• RQ4 在相同共形耦合条件下，模拟理论中的标量辐射幅度是否与Fierz-Jordan-Brans-Dicke理论中的幅度相当或更大？
• RQ5 MeV量级的强耦合尺度在并合过程中对标量辐射行为有何影响？

主要发现

• 在双中子星并合中，未发现动能屏蔽抑制主导四极标量辐射模式的证据。
• 屏蔽被观察到抑制了次主导的偶极子标量辐射，但未抑制主导的四极子模式。
• 四极子标量信号的幅度与Fierz-Jordan-Brans-Dicke理论中相同共形耦合条件下的信号相当或更大。
• 模拟结果与早期球对称近似结果一致，表明在黑洞坍缩过程中屏蔽部分失效。
• 四极子模式未受屏蔽抑制，表明标量辐射在引力波观测中可能可被探测。
• 对于MeV量级的强耦合尺度，结果具有鲁棒性，这些尺度在当前数值框架中可实现。