Interpreting Binary Neutron Star Mergers: Describing the Binary Neutron Star Dynamics, Modelling Gravitational Waveforms, and Analyzing Detections
由中子星双星合并而发出的引力波为探索物质和未探索的极端状态下的基础物理打开了一扇新的窗口。为了提取关于中子星内部超核物质和致密双星系统性质的信息，需要可靠的理论处方。本文综述了中子星并合过程中的动力学和引力波信号的一般特征。我们简要介绍了现有的分析和数值方法来调查的高度动态，强场区合并过程中。我们回顾现有的波形近似，并讨论个别波形模型的属性和可能的优点和缺点，以及它们在实际引力波数据分析中的应用。
2020-04-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Implications of binary black hole detections on the merger rates of double neutron stars and neutron star-black holes
我们证明了利用先进LIGO（aLIGO）探测到的双星黑洞（BBH）的合并速率和啁啾质量可以用来限制宇宙中双中子星（DNS）和中子星-黑洞（NSBH）的合并速率.我们通过考虑一组公开可用的\citet{Dominik:2012kk}群体合成模型明确地证明了这一点，并表明如果aLIGO观察到的所有BBH合并，GW 150914，LVT 151012，GW 151226和GW 170104都来自孤立的二元进化，预测的DNS合并率可以被约束为$2.3-471.0$ ~ \rate ~，而NSBH合并率将被约束为$0.2-48.5$ ~ \rate。DNS合并率没有太大的限制，但NSBH费率与以前的费率相比收紧了$\sim 4$的系数。注意，这些受约束的DNS和NSBH速率是非常依赖于模型的，并且使用\citet{Dominik:2012kk}的相同模型分别与无约束值$2.3-472.5$ \rate ~和$0.2-218$ \rate进行比较。这些速率估计可能对短伽马射线暴祖先模型有影响，假设它们（仅）由DNS或NSBH合并提供动力。虽然这些结果是基于一组开放访问的人口合成模型，这可能不一定是代表性的，所提出的方法是非常普遍的，可以应用于任何数量的模型，从而产生更现实的约束的DNS和NSBH合并率从推断BBH合并率和啁啾质量。
2017-10-26 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
The long-term evolution of neutron star merger remnants - II. Radioactively powered transients
我们使用3D流体动力学模拟的长期演变的中子星合并喷出物来预测的光变曲线的电磁瞬变的新产生的r-过程核的衰变提供动力。对于由潮汐和水动力相互作用发射的动态喷出物，我们采用10 cm $^2$ /g的灰色不透明度，如最近的研究所建议的。对于1.3-1.4 $M_\odot$合并的我们的参考情况，我们发现合并后2-4天的宽IR峰。对于平均取向，峰值亮度为$\approx 2\times 10^{40}$ erg/s，但是对于更有利的二元参数和视角，峰值亮度增加高达4倍。这些信号相当微弱，在引力波触发的大误差框（~100 deg $^2$）内几乎检测不到。第二个电磁瞬变是由中微子驱动的风引起的。这些风产生“弱”r-过程材料与$50 < A < 130$和丰富的模式，有很大的不同合并的情况下。对于所采用的1 cm $^2$ /g的不透明度，合并后约6 h在UV/光学中产生的瞬态峰值，亮度为$\approx 10^{41}$ erg/s（对于0.01 $M_\odot$的风）。这些信号在深度跟踪搜索（例如，使用斯巴鲁上的Hypelprime相机）中勉强可检测到。随后对较弱但持续时间较长的IR信号的检测将允许对合并事件的识别。我们简要地讨论了我们的研究结果的影响，最近检测到的近红外瞬态伴随GRB 130603 B。
2014-01-17 astro-ph.HE
Universal Relations for Binary Neutron Star Mergers with Long-lived Remnants
我们提出了一种新的通用关系的二进制中子星合并与长寿的中子星残余物：最近的工作的启发基于数值相对论模拟，我们提出了一种新的方法，使用微扰计算，使我们能够与合并前的中子星二进制潮汐变形合并后残余物的有效紧凑性。我们的研究结果允许预测的恒星参数的长寿残留中子星的研究期间发出的引力波合并前阶段。
2021-06-15 astro-ph.HE gr-qc
General relativistic magnetohydrodynamics simulations for binary neutron star mergers
本文综述2008至2024年间约四十次广义相对论磁化双中子星并合模拟，全面审视磁流体动力学效应，以预测和解释并合现象。
2024-05-27 astro-ph.HE gr-qc
High resolution numerical-relativity simulations for the merger of binary magnetized neutron stars
我们在日本超级计算机K。中子星和合并遗迹被70 μ m的网格覆盖，这是迄今为止得到的结果中分辨率最高的。通过深入的分辨率研究，首次阐明了中子星并合过程中磁场的几种放大机制。首先，在合并开始时剪切层中发展的开尔文-亥姆霍兹不稳定性显著地放大了磁场。合并后形成的超大质量中子星（HMNS）会受到非轴对称的磁旋转不稳定性的影响，这种不稳定性放大了HMNS中的磁场。这两种放大机制不能用非相干分辨率运行找到。我们还表明，HMNS最终崩溃的黑洞所包围的吸积环面，这是在出生时强烈磁化。
2014-07-14 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Signatures of strangeness in neutron star merger remnants
中子星（NS）合并为我们提供了丰富的物理信息，使用多信使天体物理观测。这种合并的可能残余之一是一个差异旋转的热超大质量中子星。合并残留物的稳定性关键取决于基本的状态方程（EoS），从而提供了一种方法来探测致密物质的性质在NS。在这项工作中，我们寻找可能的签名的奇异性包含在NS内部的长期稳定的合并残余物的物质。我们还使用最近提出的方法，使合并残留物的崩溃时间和阈值质量以上的合并迅速崩溃到一个黑洞的粗略估计。
2020-02-18 astro-ph.HE
Transients from ONe White-Dwarf - Neutron-Star/Black-Hole Mergers
本文首次对氧氖白矮星与中子星/黑洞并合进行三维流体动力学模拟并结合核合成与光谱合成，揭示其产生的暂现源以红/红外为主、月级时标演化、热光度最高达-16.5，性质最接近暗弱Iax型超新星，并指出LSST每年可探测数千此类事件。
2024-01-13 astro-ph.HE
Novel Signals from Neutron Star Mergers at 511 keV
对合并中子星的多波段符合信号的协同观测明确地标志着多信使天文学的重要性。我们提出了一个新的通用签名的中子星合并，正电子发射和相关的511千电子伏的辐射，产生的喷射富中子放射性合并材料。考虑到历史上银河系内的中子星合并，可以很容易地解释长期观察到的银河系中心511千电子伏发射线的起源。此外，我们绘制了重元素生产（$r$ -过程核合成）和511千电子伏的排放，这意味着令人惊讶的最近观察到的网囊II超微弱矮球状星系作为我们的建议吸烟枪之间的直接联系。这种新的中子星合并的示踪剂为探索双星合并历史提供了一个独特的方法。
2019-08-03 astro-ph.HE hep-ph
High-energy emissions from neutron star mergers
2017年，LIGO-Virgo合作报告了第一个中子星合并事件GW 170817的探测，该事件伴随着从无线电到伽马射线的电磁对应物。虽然这次事件没有探测到高能中微子，但预计中子星的合并会产生这种高能粒子。当中子星合并时，相对论性喷流被发射出来。如果喷流中含有质子，它们可以通过光生子的产生发射出高能中微子。此外，中子星合并会产生大量快速的喷出物，这可能是膝盖以上的银河系高能宇宙射线的来源。我们简要回顾了我们从多信使事件GW 170817中学到的知识，并讨论了与中子星合并有关的多信使探测和强子宇宙线产生的前景。
2019-03-14 astro-ph.HE hep-ph
Gravitational waves from remnant massive neutron stars of binary neutron star merger: Viscous hydrodynamics effects
采用广义相对论剪切粘性流体力学的Israel-Stewart形式的简化形式，我们探讨了双中子星合并的残余大质量中子星的演化，并特别注意由此产生的引力波形。我们发现，对于$10^{-2}$阶的所谓粘性α参数的合理值，残余大质量中子星中的微分旋转的程度在粘性时间尺度$\alt 5$ \，ms中显著降低。与此相关，非轴对称变形的程度也迅速降低，因此，发射的准周期性引力波的振幅也在粘性时间尺度中衰减。我们的研究结果表明，为模拟合并残留物的演变的双中子星，我们必须考虑磁流体力学效应，这在自然界中可以提供粘性效应。
2017-05-16 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Faint rapid red transients from Neutron star -- CO white-dwarf mergers
中子星（NS）和白矮星（WD）的合并可能会引起可观测到的爆炸瞬态事件。我们使用三维流体动力学（SPH）模拟，以及二维流体动力学热核模拟（使用FLASH AMR代码）来模拟CO-WD被NS破坏，产生微弱的瞬态事件。我们使用大型核网络对模拟进行后处理，并利用SuperNu辐射传输代码来预测这些瞬态的观测特征和详细特性。我们计算了五种NS -CO-WD合并模型的光变曲线和光谱。Ni 56的小产额（几个x 0.001Msun）导致了微弱的、快速发展的红化瞬变（RRT），B（R）峰的幅度为~ -12（-13）至~ -13（-15），比常规和微弱/特殊的Ia型SNe短得多。我们表明，RRT的光谱与快速演变的瞬态（如SN 2010 x）有一些相似之处，尽管RRT明显较暗，特别是在I/R带中，并显示出强得多的Si线。我们估计，通过对R/I波段的观测，即将到来的大型综合巡天望远镜能够以约10 ~ 70年^-1的速率探测到RRT。
2020-02-20 astro-ph.HE astro-ph.SR
Optical and radio transients after the collapse of super-Chandrasekhar white dwarf merger remnants
双白矮星合并后的超拉塞卡残留物有时会坍缩成快速旋转的中子星（NS），伴随着几倍于$0.01M_{\odot}$的质量喷射。明亮的光学瞬态发射可以产生的喷出物，由于加热的放射性，特别是通过能量注入从NS。由于坍缩前的合并残留物类似于一颗恒星从渐近巨星分支阶段演化到行星状星云阶段，因此强烈的尘埃风被认为是在坍缩前大约几千年前驱动的，并以大半径包围残留物。因此，尘埃风对瞬态光辐射有一定的吸收和散射作用，从而抑制了瞬态光辐射的峰值，并在光变曲线上形成了一个散射平台。几年后，当喷出物最终赶上风物质时，它们之间的激波相互作用可以进一步引起数十天时间尺度上的可检测无线电瞬态发射。发现和观测这类尘埃影响的光学瞬变和激波驱动的射电瞬变，有助于探索超白矮星合并残留物的性质以及双白矮星系统的密度和型比，有助于评估它们的引力波贡献。
2019-05-30 astro-ph.HE astro-ph.SR
FIRST J1419+3940 as the First Observed Radio Flare from a Neutron Star Merger
在剧烈的合并过程中，两颗中子星可以减少百分之几的质量。随着喷出物的膨胀，它与周围的星际气体相撞，产生了持续数年的缓慢衰落的无线电耀斑。射电耀斑独特地探测了中子星合并的人口，因为过去几十年的许多事件仍然可以探测到。然而，迄今没有报告观测到无线电耀斑。在这里，我们表明，无线电瞬变FIRST J1419+3940，在1993年首次观察到，仍然可以检测到，可能起源于一个中子星合并。我们对中子星合并喷出物进行了数值模拟，证明了具有天体物理预期参数的合并模型能很好地再现观测到的射电光变曲线。我们检查观测到的无线电数据，以及宿主星系，找到线索，可以区分瞬变的中子星合并的起源从另一种解释-一个离轴长伽马射线暴的余辉。在不久的将来，观测可能会发现第一个J1419+3940无线电瞬变起源的进一步证据。我们表明，现有的无线电调查可能已经记录了多个无线电耀斑，告诉我们的起源和性质的中子星合并及其在宇宙中最重的元素的核合成中的作用。
2020-09-27 astro-ph.HE
Neutron Star-Black Hole Mergers from Gravitational Wave Captures
LIGO的第三次观测运行（O3）报告了几个中子星-黑洞（NSBH）合并候选者。从理论的角度来看，NSBH合并在社区中受到的关注比二元黑洞（BBH）或二元中子星（BNS）少。在这里，我们研究单单（sin-sin）引力波（GW）捕获在不同类型的星团-星系核（GN），球状星团（GC），和年轻的星团（YSC）-并比较合并率从这个通道在文献中提出的其他合并渠道。目前有很大的不确定性与每一个合并渠道，使一个明确的结论的起源NSBH合并是不可能的。然而，考虑到这些不确定性，我们发现，sin-sin GW捕获不太可能对整体NSBH合并率做出重大贡献。一般来说，孤立的双星在磁场或星团中演化，以及动态相互作用的双星在三重配置中，可能会导致更高的合并率。
2020-09-08 astro-ph.HE
Binary neutron star mergers in massive scalar-tensor theory: Properties of post-merger remnants
本文通过数值相对论模拟研究大质量标量-张量引力理论下双中子星并合后遗迹的性质，发现激发标量场会提高即时坍缩阈值质量，并揭示超重中子星中存在长寿命ϕ-模式及去标量化在引力波中的独特特征。
2024-06-07 astro-ph.HE gr-qc
Global simulations of strongly magnetized remnant massive neutron stars formed in binary neutron star mergers
本文采用广义相对论磁流体力学方法，在最精细网格分辨率为$12.5$ m的高空间分辨率下，对一颗双星中子星合并为一颗大质量残余中子星（RMNS）后的$\approx 30$ ms进行了数值模拟。首先，我们估计合并时的开尔文-亥姆霍兹不稳定性可以将磁场能量放大到热能的$\sim 1\%$。第二，我们发现在带有$ρ< 10^{13}~{\rm g~cm^{-3}}$的RMNS包层和环面中的磁旋转不稳定性维持磁湍流状态，并且在这些区域中的有效粘性参数可能收敛到$\approx 0.01$ -$0.02$。第三，目前的网格分辨率仍然不够精细，以维持磁湍流状态的RMNS与$ρ\ge 10^{13}~{\rm g~cm^{-3}}$。
2018-05-09 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Positrons and 511 keV radiation as tracers of recent binary neutron star mergers
从中子星-中子星（NS-NS）和中子星-黑洞（NS-BH）双星合并中喷射出的富中子物质被核过程加热到几百keV的温度，导致电子-正电子对的种群。一些正电子从喷出物的外层逃逸出来。我们发现，在银河系中的NS-NS和NS-BH合并产生的低能正电子的人口可以解释所观察到的511 keV线从银河系中心（GC）。此外，我们建议如何正电子和相关的511千电子伏的排放可以被用来作为示踪剂最近的合并。最近发现的511千电子伏的发射从超微弱的矮星系网状II，符合一个罕见的NS-NS合并事件，我们的建议提供了一个吸烟枪签名。
2019-03-31 astro-ph.HE
Evolutionary Origins of Binary Neutron Star Mergers: Effects of Common Envelope Efficiency and Metallicity
该研究利用MESA代码模拟不同参数下的双星演化，探明双中子星并合的形成通道与效率，揭示了中子星质量、共包层效率、金属丰度及超新星初始反冲对其形成的影响规律。
2023-08-25 astro-ph.HE astro-ph.SR
On the optical transients from double white-dwarf mergers
本文研究了双白矮星并合产生稳定亚钱德拉塞卡白矮星遗迹时的光学暂现源，通过模拟其光变曲线、光谱和颜色演化，发现其光度峰值在并合后1-10天，解释了ZTF未探测到的原因，并预测LSST每年可探测数百个此类源。
2023-10-10 astro-ph.HE astro-ph.SR
Numerical Relativity Simulations of Magnetized Black Hole-Neutron Star Mergers
我们提出了新的数值技术，我们开发的发射的第一个参数的研究{\it磁化}黑洞-中子星（BHNS）合并，不同的磁场种子在最初的中子星。我们发现，磁场有一个可以忽略不计的引力波形和系统的整体动力学在合并过程中，无论磁场强度或BH自旋。在最近的一次模拟中，我们用大规模的纯极向磁场对未磁化的BHNS合并模拟的残留盘进行了播种，否则在完整的模拟中就不存在了。结果似乎是一个可行的sGRB中央引擎。
2013-03-04 astro-ph.HE
Constraining equation of state of neutron star using neutron star-black hole mergers
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
本研究利用Bilby框架分析NSBH并合引力波数据，发现未来探测器需至少20次并合事件，方可清晰区分中子星物态方程。
2026-09-01 astro-ph.HE gr-qc
Remnant massive neutron stars of binary neutron star mergers: Evolution process and gravitational waveform
大质量（超大质量和超大质量）中子星很可能经常在双中子星合并后形成。我们探索的演化过程中残留的大质量中子星和它们发出的引力波，基于数值相对论模拟的双中子星合并采用各种状态方程和选择一个合理的范围内的中子星的质量的双星。我们发现，剩余超大质量中子星的寿命强烈依赖于总的双星质量，也对状态方程。由大质量中子星产生的引力波普遍具有频率近似恒定的准周期性质，尽管其频率随时间变化。我们还发现，引力波的频率和时变特性强烈地依赖于状态方程。本文导出了一个拟周期引力波形的拟合公式，它可用于引力波信号的数据分析。
2013-07-22 astro-ph.HE
Neutron Star Mergers and the Quark Matter Equation of State
当中子星合并时，它们可以达到非常高的核密度。在这里，我们总结了最近的结果的演化和引力波发射的双中子星合并使用各种核状态方程有和没有交叉过渡到夸克物质。讨论了中子星并合的晚期引力波辐射如何可能揭示了向夸克物质的交叉跃迁的存在。
2023-02-24 astro-ph.HE gr-qc
Pulsar revival in neutron star mergers: multi-messenger prospects for the discovery of pre-merger coherent radio emission
研究了由致密天体间磁层相互作用引起的中子星合并前相干射电辐射。我们考虑两个合理的辐射机制，并表明，如果一个中子星有一个表面磁场$B_{\rm s} \ge 10^{12}$ G，相干毫秒射电爆发的特征时间形态和倾角的依赖性是可观察到的Gpc距离与下一代无线电设施。我们探索多信使和多波长的方法来识别NS合并起源的无线电爆发，如在快速无线电爆发调查，伽马射线暴和引力波事件的触发观测，以及在寻找kilonova和无线电余辉发射的快速射电暴的光学/无线电跟踪。我们目前和未来的观测设施，我们的研究结果，并提出建议，验证或约束模型。
2022-12-02 astro-ph.HE
Dynamical Capture Binary Neutron Star Mergers
我们研究动态捕获中子星合并可能出现在致密的恒星区域，如球状星团。利用广义相对论流体力学，我们发现这些合并可以导致迅速坍缩成黑洞或形成超大质量中子星，不仅取决于中子星状态方程，而且还取决于碰撞参量。我们还发现，这些合并可以产生高达太阳质量的十分之一的吸积盘和高达太阳质量的百分之几的未束缚喷射物质。我们评论的引力辐射和电磁瞬变，这些来源可能产生的。
2012-10-31 astro-ph.HE gr-qc
Neutrino trapping and out-of-equilibrium effects in binary neutron star merger remnants
本文通过三维广义相对论中微子辐射大涡模拟，揭示双中子星并合后约2-3毫秒内物质与中微子达到热力学平衡，表明体粘滞等耗散效应仅在并合后极短时间窗口内活跃。
2023-10-31 astro-ph.HE
FRB 181112 as a Rapidly-Rotating Massive Neutron Star just after a Binary Neutron Star Merger?: Implications for Future Constraints on Neutron Star Equations of State
快速射电暴（FRB）181112的光变曲线被分解为四个连续的脉冲，第一和第三脉冲之间的时间间隔（$\sim0.8$ ms）与第二和第四脉冲之间的时间间隔一致，这可以解释为中子星（NS）以大约$0.8$ ms的周期旋转。尽管这个周期比目前已知的最快速旋转的脉冲星要短（$1.4$ ms），这是典型的模拟大质量NS后立即形成的双星合并（BNS）。因此，BNS合并是一个很好的候选人，这个FRB的起源，如果周期性是真实的。我们讨论了未来的影响，可以得到，如果这样的周期性是从FRB同时检测到引力波（GW）。从FRB观测中推断出的剩余自旋周期$P_{\rm rem}$是唯一的信息，它不容易通过合并后阶段的当前GW观测获得。如果与从GW数据推断的合并残余物$M_{\rm rem}$的质量结合起来，它将对核物质状态方程设定新的约束。此外，合并后的量$P_{\rm rem}/M_{\rm rem}$，或合并残余物的潮汐变形性，是密切相关的二元潮汐变形性参数$Λ$的NS合并前，和一个联合FRB GW的观测将建立一个新的限制$Λ$。因此，如果$Λ$也很好地测量GW数据，这两个之间的比较将提供进一步的见解核物质和BNS合并的性质。
2020-10-15 astro-ph.HE
Black Hole - Neutron Star Binary Mergers: The Imprint of Tidal Deformations and Debris
引力波干涉仪灵敏度的提高将带来对双黑洞和双中子星合并的额外探测。它也很可能增加许多黑洞-中子星双星的合并事件。区分高质量比的混合双星和双星黑洞合并可能是具有挑战性的，因为在这种情况下，中子星与黑洞合并而没有经历重大的破坏。为了研究混合二进制合并到那些行为更像二进制黑洞合并的过渡，我们提出了不同的质量比合并模拟的结果。我们展示了中子星的变形和破裂程度如何影响螺旋和合并动力学，最终黑洞的性质，由潮汐碎片的圆形化形成的吸积盘，引力波，以及应变谱和失配。计算结果还表明了将黑洞击穿的Bowen-York初始数据推广到有中子星伴星的双星的初始数据方法的有效性。
2021-09-03 astro-ph.HE gr-qc
Did Binary Neutron Star Merger GW170817 Leave Behind A Long-lived Neutron Star?
研究双中子星并合GW170817留下快速旋转大质量中子星并抛射赤道外流与喷流的观测意义，提出隐藏赤道环减速后导致光变曲线重新增亮的半解析模型，与现有观测相符并预测了余辉。
2024-05-30 astro-ph.HE
Comprehensive study of mass ejection and nucleosynthesis in binary neutron star mergers leaving short-lived massive neutron stars
利用广义相对论流体力学模拟方法，在近似中微子辐射输运的条件下，研究了大质量中子星在合并开始后$\lesssim 20$ ms内坍缩成黑洞的情况下，在动力学阶段和合并后阶段喷出物的性质.在三维模拟中的动态质量喷射进行了研究。以三维并合后系统为初始条件，采用二维轴对称粘性数值模拟方法研究了并合后物质抛射。我们发现，典型的中子丰富度的动态喷出物是更高的合并更不对称的二进制文件，因此，较重的$r$过程核占主导地位的合成。合并后的喷出物被证明只有一个温和的中子丰富度，这导致在生产较轻的$r$过程的核，无论二进制的质量比。由于较大的磁盘质量，合并后喷出物的质量是更大的不对称的二进制合并。因此，合并后的喷出物可以补偿生产不足的较轻的$r$ -过程核的不对称合并的情况下。因此，通过总结两个喷出物的成分，太阳残留的$r$ -过程的图案是复制的平均偏差的一个因素为三，无论二进制的质量比。我们的研究结果还表明，在$r$过程增强的恒星中观察到的（大约是几个因子）轻重丰度散射可以归因于双星质量比和总质量的变化。我们的结果与致密中子星双星的质量分布和磁星的短伽马射线暴的情况下的影响进行了讨论。
2022-10-18 astro-ph.HE gr-qc
Abundances and Transients from Neutron Star-White Dwarf Mergers
本文系统地研究了中子星-白矮星双星并合的全过程，重点研究了吸积盘中的流入流和流出流的性质及其电磁辐射。使用人口合成模型，我们确定了一个子集，这些双星中的白矮星同伴经历不稳定的质量转移和完整的潮汐破坏，形成一个大的吸积盘周围的中子星。该物质的演变根据对流为主的吸积盘模型与核燃烧，中微子排放，和磁盘表面风喷射。整个过程的极端动态已经证明很难进行分析，因此目前对这些特性的了解很少。合并的流出物富含铁和镍，产生了由放射性铁型同位素衰变提供动力的光学和红外辐射，通过SuperNu光曲线代码计算。我们发现这些系统能够提供明亮的，但短暂的，光学瞬变与电源的潜力伽马射线暴。
2022-09-26 astro-ph.HE
Probing binary neutron star mergers in dense environments using afterglow counterparts
迄今为止，唯一一个有电磁波对应记录的双中子星合并引力波事件是GRB 170817 A。这种合并发生在密度小于$10^{-3}-10^{-2}~{\rm cm}^{-3}$的稀薄介质中。由于中子星双星在形成时会产生反冲，而且在合并前会有很长的延迟时间，因此这种低密度的环并介质通常是可以预期的。然而，有一些间接的证据表明，快速合并或低反冲双星，这将在密集的环境中合并。尽管如此，目前的天文数据在很大程度上对这些高密度合并的可能性没有定论。我们描述了一种方法来直接探测这个假设的人口的高密度合并通过多信使观测的二进制中子星合并余辉，利用这些信号的高灵敏度的合并环境的密度。这种方法是基于尚未收集的合并余辉样本。它的约束力很大，即使是在一个小的事件样本。我们讨论了该方法的局限性和适用性。在即将到来的第三代引力波探测器时代，这种方法的潜力将得到充分实现，因为它将使我们能够探测宇宙恒星形成高峰后不久发生的合并，前提是后续活动能够定位源。
2021-02-18 astro-ph.HE
The origin of the first neutron star -- neutron star merger
第一颗中子星-中子星（NS-NS）合并于2017年8月17日通过引力波（GW 170817）和电磁观测发现。这次合并是在一个没有新恒星形成的古老椭圆星系中发现的。我们进行了一系列的数值计算，以了解这种合并的形成机制。我们探讨了经典孤立双星演化、球状星团动力学演化和核团簇形成三种主要的双致密天体形成机制，以检验它们是否可能在老的宿主星系中产生NS-NS合并。我们在乐观的假设下进行的模拟显示，对于所有的局域椭圆星系（100 Mpc ^3以内），双星的NS-NS合并速率为10^-2 yr^-1，球状星团的合并速率为5 x 10^-5 yr ^-1，核星团的合并速率为10^-5 yr^-1。因此，这些模型与GW 170817的观测速率为1.5年^-1（每100 Mpc ^3; LIGO/Virgo估计值）的探测之间存在矛盾。我们的研究结果意味着：（i）LIGO/Virgo在椭圆星系中以当前的灵敏度检测到GW 170817是一个统计巧合;或者（ii）在我们的三个模型中，至少有一个模型的物理在可以形成NS-NS合并的恒星演化的背景下是不完整的;或者（iii）另一个在恒星形成和合并之间具有长延迟时间的非常有效（未知）的形成通道正在起作用。
2018-03-28 astro-ph.HE
Remnant baryon mass outside of the black hole after a neutron star-black hole merger
中子星（NS）和黑洞（BH）合并产生的引力波（GW）和电磁波（EM）信号是极端引力、核物理和天体物理学中备受期待的发现。我们开发了一个简单的公式，区分合并的结果，并预测合并后的残余质量，验证了75模拟。我们的公式改进了现有的结果，通过描述关键的未探索的制度：可比的质量和更高的BH自旋。这些是重要的区分NSNS从NSBH合并，并从EM信号推断源物理。
2018-06-29 astro-ph.HE gr-qc
High-energy emission as signature of magnetic field amplification in Neutron Star Mergers
中子中子星系统的合并被认为是短伽马射线暴（sGRB）的中心引擎。对于合并过程，模拟预测，磁场被放大超过磁场强度的开尔文-亥姆霍兹不稳定性。大面积望远镜（LAT），爆发已被检测到，显示出一个时间上的扩展组件与一个短暂的峰值在提示阶段结束时一致。我们表明，这些LAT组件的sGRB的存在下，可以提供磁场放大的证据，在中子星合并。
2017-01-05 astro-ph.HE
Electromagnetic counterparts of binary neutron star mergers leading to a strongly magnetized long-lived remnant neutron star
我们探讨了在大质量中子星合并后残留的大质量中子星存在$\gtrsim 0.5\,$ s的情况下，与双中子星合并有关的电磁对应物。在这项研究中，我们采用了长期的广义相对论中微子辐射磁流体动力学模拟平均场发电机效应获得的外流轮廓。我们发现，如果残余中子星的磁场被发电机效应显著放大，则高光度的同步辐射余辉可以与合并事件相关联。我们还对Kilonovae进行了辐射传输计算，发现在磁场高度放大的情况下，Kilonovae在早期可以是明亮的，而在几天内光发射迅速下降，并且在近红外波长处的长持续（$\sim 10\,{\rm d}$）发射非常明亮。所有这些特征在GW 170817中都没有发现，这表明在GW 170817中形成的合并残余中子星可能在几百毫秒内坍缩成黑洞，或者磁场放大可能是一个微小的影响。
2022-08-30 astro-ph.HE gr-qc
Modeling the complete gravitational wave spectrum of neutron star mergers
在中子星合并的背景下，我们使用数值相对论模拟研究合并残余物的引力波谱。合并后的光谱的特点是主峰频率$f_2$有关的特定结构和动力学的残余热超大质量中子星。我们发现，$f_2$是相关的潮汐耦合常数$κ^T_2$的特点，在后期的inspiral合并的二元潮汐相互作用。关系式$f_2(κ^T_2)$对二元总质量、质量比、状态方程和热效应的依赖很弱。这一观测结果开启了建立一个模型的可能性，该模型可以用来描述每一次合并的引力谱，并将后螺旋和后合并的描述统一起来。
2015-08-17 astro-ph.HE gr-qc
The unreasonable weakness of r-process cosmic rays in the neutron-star-merger nucleosynthesis scenario
结合观测到的r过程元素的宇宙射线和中子星合并喷出物的速度远高于超新星喷出物的速度这一事实，我们得出了一个强有力的结论，或者（1）在中子星合并喷出物中的反向激波是一个非常低效的加速器，它将不到0.003%的喷出物动能转化为宇宙射线能量，或者（2）中子星合并不是银河r过程元素的起源。我们还发现，对于观测到的比铁轻的宇宙射线，超新星喷出物的反向激波，加速效率应小于0.1%。
2016-08-31 astro-ph.HE nucl-th
Merger Precursor: Year-long Transients Preceding Mergers of Low-mass Stripped Stars with Compact Objects
本研究通过模拟低质量氦星与中子星并合前的质量转移和超爱丁顿吸积风，解释了持续数年的缓慢上升暂现源，并成功应用于Ibn型超新星SN 2023fyq的前兆活动。
2024-11-10 astro-ph.HE astro-ph.SR
Merger and Mass Ejection of Neutron-Star Binaries
中子星双星和黑洞-中子星双星的合并是地基引力波探测器最有希望的观测源之一，也是一种高能天体物理现象，在GW 170817事件中观测到的引力波和电磁波就说明了这一点。这些中子星双星的合并也是r-过程核合成最有希望的地点。完全广义相对论（数值相对论）的数值模拟是一种独特的方法，理论预测的合并过程，GWs发射，质量喷射过程，并导致EM发射。本文基于最新的数值相对论模拟结果，总结了我们目前对中子星合并和随后的物质抛射过程的认识。我们强调，数值相对论模拟的预测与GW 170817的光学和红外观测基本一致。
2019-08-06 astro-ph.HE gr-qc
Optical transients from non-explosive double white-dwarf mergers: the case of a central neutron star remnant
Università degli Studi di Ferrara（费拉拉大学）；ICRANet（国际相对论天体物理中心网络）；Universidade Federal do Espírito Santo（圣埃斯皮里图联邦大学）；INFN - Sezione di Ferrara（意大利国家核物理研究所费拉拉分部）；INAF - Osservatorio Astronomico d’Abruzzo（意大利国家天体物理研究所阿布鲁佐天文台）；INAF - Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna（意大利国家天体物理研究所博洛尼亚天体物理与空间科学观测站）
研究非爆炸性双白矮星并合后形成中子星残骸的热暂现现象，探讨其能量来源及在LSST观测中的探测范围和速率。
2026-04-22 astro-ph.HE
The Production of Actinides in Neutron Star Mergers
虽然对中子星合并事件GW 170817的多信使探测证实，合并是通过快速中子俘获过程（$r$ -过程）产生自然界大多数重元素的有希望的地点，但与产生反铅核-锕系元素-有关的一些问题仍有待回答。在这篇简短的评论文章中，我们总结了在$r$ -过程中生产锕系元素的一般要求和核物理输入的影响。我们还讨论了最近的努力，从不同的角度来解决中子星合并的锕系元素的生产，包括签名，可能会被探测到未来的kilonova和$γ$射线观测，在贫金属恒星的丰度散射，并提出了在太阳系中存在的短寿命放射性锕系元素的限制。
2022-07-01 astro-ph.HE astro-ph.SR
Binary neutron star mergers: Effects of spin and post-merger dynamics
自旋对伴随双中子星合并的电磁瞬变有重要影响。自旋的测量可以提供有关双星形成通道的重要信息。在没有强中子星自旋先验的情况下，自旋与其他参数的简并性导致了它们的估计中的显著不确定性，特别是限制了引力波的功率，从而对核物质状态方程施加严格的约束。因此，对高速旋转的中子星合并的详细研究对于理解多信使观测这类事件的各个方面是必不可少的。我们进行了一个系统的调查中子星自旋的影响--考虑无量纲自旋值高达$a_{\rm NS}=0.33$ --对合并的等质量，准圆双星中子星使用完全广义相对论模拟。我们发现，合并后的引力波信号的峰值频率仅受中子星自旋的微弱影响，自旋与轨道角动量对齐（反对齐）的情况下，与无旋的情况相比，给出略低（高）的值。我们发现，单臂不稳定性出现在一些情况下，与一些依赖于自旋。自旋对动力学喷出物的质量、速度和角分布，以及留在合并残余物之外的盘的质量有明显的影响。我们讨论了这些研究结果对预期的电磁信号的影响，并已被放置在状态方程的基础上的多信使观测GW 170817的约束。
2019-12-12 astro-ph.HE gr-qc
Can Neutron Star Mergers Alone Explain the R-process Enrichment of the Milky Way?
本文更新2014年关于双致密星并合对银河系r过程元素增丰影响的计算，以纳入LIGO新探测结果和新的r过程元素产率，检验仅靠中子星并合能否解释银河系r过程增丰。
2024-10-23 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
The impact of turbulent mixing on the galactic r-process enrichment by binary neutron star mergers
研究了双中子星（BNS）合并产生的快速中子俘获（r-过程）元素对星际介质的富集作用。我们使用半解析模型来描述星系演化，BNS合并的合并率和时延分布与最新的种群合成模型一致。为了研究r-过程元素和铁的相对丰度的分散，我们采用了湍流混合方案，其中新鲜合成的元素逐渐分散在星际介质中。我们表明，在我们的模型中，在银河系恒星中观察到的丰度，特别是在低金属丰度的散射，可以完全解释BNS合并。我们的研究结果表明，双星中子星合并可能是银河系中r过程元素的主要来源。
2021-07-20 astro-ph.GA astro-ph.HE
Magnetic energy production by turbulence in binary neutron star mergers
同时探测并合中子星双星的电磁波和引力波辐射将大大有助于它们的发现和解释。通过研究中子星合并条件下局部高分辨率模拟中磁场的湍流放大，我们证明了在整个合并过程中存在磁能级（~10^16）G场。我们发现，小尺度的湍流发电机转换成磁场的合并时间尺度上的随机动能的60%。由于湍流磁能通过加速相对论电子的重联事件而消散，因此湍流可以促进轨道动能到辐射的转换。如果10^53尔格的轨道动能中有10^-4通过重联得到处理，并产生15-150 keV波段的辐射，那么200 Mpc时的注量将为10^-7尔格/cm ^2，这就有可能使大多数在先进的LIGO和室女座探测体积中合并的中子星被雨燕BAT探测到。
2013-03-06 astro-ph.HE
Transient Survey Rates for Orphan Afterglows from Compact Merger Jets
由短$γ$射线暴（GRB）产生的孤儿余辉是引力波（GW）探测中子星或中子星黑洞合并的电磁（EM）对应搜索的潜在候选者。已经提出了各种射流动力学和结构模型，可以通过检测大样本的GW-EM对应物进行测试。我们从这些喷流模型为未来的调查望远镜，没有GW或GRB触发器的光学瞬变的预期速率的预测。在红移极限$0\leq z\leq 3.0$中产生合并喷流的样本，并且分别计算了在LSST或ZTF检测阈值$m_r=24.5$和$20.4$之上的预期峰值$r$带通量和时间尺度。显示了$m_r\leq26.0$和$m_r\leq21.0$的一般全天速率。探测到的孤辉率和GRB余辉率取决于喷流模型，典型的是LSST的$16\lesssim R\lesssim 76$ yr $^{-1}$和ZTF的$2\lesssim R \lesssim 8$ yr $^{-1}$。在探测深度为$m_r\leq26$的情况下，孤立余辉的比率过大表明合并喷流具有占主导地位的低洛伦兹因子群，或者喷流表现出固有的喷流结构。仔细过滤的瞬态需要成功地识别孤儿余辉从短或长的伽玛射线暴祖。
2018-02-19 astro-ph.HE
Magnetar wind-driven shock breakout emission after double neutron star mergers: The effect of the anisotropy of the merger ejecta
一个快速旋转和高度磁化的残留中子星（NS;磁星）可以从两个NS的合并中幸存下来，并驱动强大的相对论风。这股风与前一次合并喷出物的早期相互作用可以导致主要在紫外和软X射线波段的激波爆发（SBO）发射，这为剩余磁星的存在提供了观测信号。在这里，我们调查的各向异性结构的合并喷出物上的SBO排放的效果。研究发现，由于SBO可以发生在不同的时间，不同的方向，SBO辐射的辐射热光变曲线可以加宽。更详细地说，SBO光变曲线的轮廓可以高度依赖于喷出物结构，因此，我们原则上可以使用SBO光变曲线来探测未来合并喷出物的结构。
2022-11-13 astro-ph.HE
Merger of two neutron stars: predictions from the two-families scenario
如果只有一族“中子星“存在，它们的最大质量必须等于或大于$2 M_\odot$，那么只有在小于$18\%$的情况下，两颗中子星合并的结果才是直接坍缩成黑洞，因为新形成的系统至少在出现差动旋转之前可以避免坍缩。在所谓的两族理论中，由强子组成的恒星只有在$1.5-1.6 M_\odot$附近才是稳定的，而质量最大的致密恒星完全由奇异夸克物质组成。我们表明，在这种情况下，合并的两个中子星的结果是在至少$34\%$的情况下迅速崩溃。因此，一旦探测到合并时发出的引力波，就很容易区分这两种情况。
2017-12-25 astro-ph.HE
Survival times of supramassive neutron stars resulting from binary neutron star mergers
双星中子星（BNS）合并可能导致各种结果，从无限稳定的中子星，到超大质量（SMNS）或超大质量（HMNS）中子星，只是暂时对抗重力，到合并后迅速形成的黑洞。对BNS总质量和中子星状态方程的最新约束表明，在BNS合并的$\sim 0.45-0.9$中可能形成长寿命的SMNS。一个最大旋转的SMNS需要在它坍缩之前失去它的旋转能量的$\sim 3-6\times 10^{52}$ erg，在自旋下降时间尺度的一小部分上。一个SMNS编队印记在电磁对应的BNS合并。然而，与观察结果的比较揭示了紧张局势。首先，坍缩时间的分布太宽，释放的能量太窄（能量本身太大），无法解释观察到的内部X射线平台的分布，作为SMNS能量注入的证据。其次，巨大的能量注入冲击波应该会导致非常明亮的无线电瞬变，以前的研究发现这与短伽马射线暴的深层无线电观测不一致。此外，我们表明，即将到来的全天空无线电调查将限制提取的能量分布，独立的伽玛射线暴喷流形成。我们的结果可以自我一致地理解，只要大多数BNS合并残留物在形成后不久崩溃（即使它们的质量足够低，允许SMNS形成）。如果残余物在进入固体旋转时保持其初始能量的一半或更少，这自然会发生。
2021-07-20 astro-ph.HE
Turbulence modelling in neutron star merger simulations
本综述概述了相对论性中子星合并模拟中湍流建模的理论与现状，指出当前模拟未能捕捉探测器可探测的跨尺度能量动量传递及小尺度结构，湍流建模是解决该问题的关键。
2024-02-05 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave luminosity of binary neutron stars mergers
利用大样本的数值相对论模拟，在不同的双星参数和输入物理条件下，研究了准圆中子星合并的引力波峰值亮度和辐射能量。所有双星的峰值光度可以用质量比和首阶后牛顿潮汐参数单独描述。导致迅速坍缩成黑洞的并合具有最大的峰值亮度。然而，每单位质量的最大能量是由产生超大质量中子星或大质量中子星残骸的合并辐射的。我们对双中子星合并事件的引力波光度进行了定量分析，并对这些事件的辐射能量和剩余角动量设定了上限。我们发现，有一个经验的普遍关系连接的总引力辐射和角动量的残骸。我们的结果限制了残余黑洞的最终自旋，同时也表明了稳定的中子星残余黑洞具有超开普勒角动量。
2017-12-12 astro-ph.HE gr-qc
Inferring neutron-star properties from gravitational-wave signals of binary mergers
两颗中子星合并后形成的合并残留物的振荡是高密度状态方程的特征。主振荡频率在引力波频谱的kHz范围内出现明显的峰值。我们描述了如何的主要振荡频率的残余物可以用来推断非旋转中子星的半径。
2015-03-30 astro-ph.HE astro-ph.SR
