[论文解读] Triggering Short Gamma-Ray Bursts search with gravitational wave events

Andrea Maselli, Valeria Ferrari|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2013

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 1

一句话总结

该论文提出了一种方法，通过利用黑洞-中子星双星并合产生的引力波触发信号，提升对短伽马射线暴（GRB）的搜寻效率，借助吸积盘质量与潮汐可变形性的半解析拟合公式，估算产生GRB的可能性。该方法实现了针对性强、低时延的引力波搜寻，并为双星动力学与中子星结构提供了新见解。

ABSTRACT

We propose a procedure to be used in the search for gravitational waves from black hole-neutron star coalescing binaries, in coincidence with short gamma-ray bursts. It is based on two recently proposed semi-analytic fits, one reproducing the mass of the remnant disk surrounding the black hole which forms after the merging as a function of some binary parameters, the second relating the neutron star compactness, i.e. the ratio of mass and radius, with its tidal deformability. Using a Fisher matrix analysis and the two fits, we assign a probability that the emitted gravitational signal is associated to the formation of an accreting disk massive enough to supply the energy needed to power a short gamma ray burst. This information can be used in low-latency data analysis to restrict the parameter space searching for gravitational wave signals in coincidence with short gamma-ray bursts, and to gain information on the dynamics of the coalescing system and on the internal structure of the components. In addition, when the binary parameters will be measured with high accuracy, it will be possible to use this information to trigger the search for off-axis gamma-ray bursts afterglows.

研究动机与目标

• 通过利用黑洞-中子星并合产生的引力波触发信号，提升对短伽马射线暴（GRB）搜寻的效率。
• 通过估算能产生足够质量吸积盘的概率，缩小低时延引力波搜寻的参数空间。
• 通过潮汐可变形性与残余吸积盘质量建模，推断中子星内部结构的约束条件。
• 在双星参数以高精度测量时，实现对非轴向GRB余晖的后续搜寻。

提出的方法

• 采用半解析拟合方法，根据双星参数估算黑洞-中子星并合后形成的吸积盘质量。
• 应用第二个半解析拟合，建立中子星紧凑度（质量与半径之比）与潮汐可变形性之间的关联。
• 采用费舍尔矩阵分析，量化引力波信号对应于能驱动短伽马射线暴的足够大质量吸积盘的概率。
• 整合两个拟合结果，基于可观测的双星参数评估GRB产生的可能性。
• 利用所得的概率分布，优先筛选与短GRB触发信号相关的引力波参数空间。
• 为未来利用高精度双星参数触发非轴向GRB余晖搜寻提供支持。

实验结果

研究问题

• RQ1 黑洞-中子星并合产生足够质量吸积盘以驱动短伽马射线暴的概率是多少？
• RQ2 潮汐可变形性与中子星紧凑度如何影响引力波触发搜寻中GRB产生的可能性？
• RQ3 半解析的吸积盘质量与潮汐可变形性模型在多大程度上能提升低时延引力波-GRB符合搜寻的效率？
• RQ4 是否可以利用高精度的双星参数测量来触发非轴向GRB余晖的搜寻？
• RQ5 并合系统的动力学特性与中子星内部结构在多大程度上影响相关GRB的可探测性？

主要发现

• 该方法为黑洞-中子星双星产生的引力波信号分配了一个与足够质量吸积盘相关的概率，该吸积盘可驱动短伽马射线暴。
• 费舍尔矩阵分析可有效缩小低时延引力波搜寻中与短GRB符合信号相关的参数空间。
• 该方法通过紧凑度与潮汐可变形性之间的关联，为中子星内部结构提供了约束。
• 当获得高精度双星参数时，该方法可用于触发非轴向伽马射线暴余晖的搜寻。
• 吸积盘质量与潮汐可变形性半解析拟合的整合，实现了基于物理原理、数据驱动的引力波-GRB符合事件优先排序。
• 该框架通过聚焦于最具潜力的候选事件，提升了引力波-GRB多信使天文学的科学产出。