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
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
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
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
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
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
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
Neutron Star Merger Remnants
双中子星合并观测是一种独特的方式，限制在极端的基础物理和天体物理学。引力波事件及其电磁对应物的解释主要依赖于合并残余物的广义相对论模型。定量模型只能通过3+1维的数值相对论模拟来获得，包括核物质、电磁和弱相互作用的详细输入物理。本审查总结了目前对合并残余物的理解，重点是与多信使观测有关的一些方面。
2020-10-25 astro-ph.HE gr-qc
Eccentric binary neutron star mergers
中子星双星提供了丰富的引力波和合并残留物方面的现象。然而，大多数广义相对论研究都是针对近圆双星进行的，除了正面碰撞。我们提出了第一个数值相对论调查的合并偏心等质量中子星双星探测之间的制度头和圆形。除了由轨道运动产生的引力波，我们发现，该信号还包含一个强大的组成部分，由于恒星振荡（f-模式）引起的潮汐力，扩展了经典的结果为牛顿双星。合并可以导致相当大的磁盘的数量级的10%的总初始质量。
2013-01-08 astro-ph.HE gr-qc
Observing Gravitational Waves From The Post-Merger Phase Of Binary Neutron Star Coalescence
本文提出了一种有效的低维频域模板，用于分析双星中子星合并过程中恒星残骸的引力波信号。采用主成分分解方法对一组中子星合并的数值模拟结果进行了分析，得到了各种中子星状态方程和质量组态的波形的振幅谱和相位谱的正交基函数。我们回顾了双中子星合并中合并后期/合并后引力波发射的现象，并演示了如何理解合并期间和合并后的动力学导致构建一个通用的频谱。我们还提供了一个合并后的信号检测在未来的引力波探测器作为第三代仪器的科学案例的潜在贡献的前景进行了讨论。在我们的分析中得到的模板实现了$>90\%$匹配跨越各种各样的合并波形和应变灵敏度谱的电流和潜在的引力波探测器。Fisher矩阵分析产生了在将主要的合并后振荡频率$f_{\mathrm{peak}}$确定为$δf_{\mathrm{peak}} \sim 50$ Hz时的典型不确定性的初步估计。使用最近导出的$f_{\mathrm{peak}}$和中子星半径之间的相关性，这表明对基准中子星半径$\sim 220$ \，m的潜在约束。这种测量只可能用于附近（$\sim 30$ Mpc）的先进LIGO源，但对于计划升级到先进LIGO和其他未来仪器变得更加可行，导致对高密度中子星状态方程的限制，这些状态方程独立于并合前螺旋引力波信号推断的状态方程。
2015-09-28 astro-ph.HE gr-qc
The relative contribution to heavy metals production from binary neutron star mergers and neutron star-black hole mergers
宇宙中重元素的起源尚未完全确定。中子星-黑洞（NSBH）和{双星中子星}（BNS）合并都可能通过快速中子俘获（r-过程）产生重元素。我们利用最近探测到的引力波从NSBH，改进的测量的中子星状态方程，和最现代的数值模拟喷出的物质从二进制碰撞来衡量的相对贡献NSBH和BNS生产的重元素。由于r-过程喷出物的量取决于致密天体的质量和自旋分布，以及中子星的状态方程，我们考虑这些量的各种模型，由引力波和脉冲星数据提供信息。我们发现，在大多数情况下，在过去的25亿年里，BNS产生了更多的r-过程元素比NSBHs。如果黑洞优先具有小自旋，BNS可以产生至少两倍于NSBH的r过程元素。如果黑洞自旋很小，并且在NSBH双星中缺乏低质量（$<5M_{\odot}$）黑洞，BNS可以解释双星中几乎全部的r过程元素。对于NSBH产生大比例的r过程元素，NSBH中的黑洞必须具有小质量和大的对齐自旋，这是目前的数据所不赞成的。
2021-09-28 astro-ph.HE gr-qc
Pre/post-merger consistency test for gravitational signals from binary neutron star mergers
双星中子星（BNS）合并产生的引力波对预测中子星状态方程（EOS）的核物质模型具有约束作用。对吸气合并信号的物质影响被编码在多极潮汐极化率参数中，其前导阶组合足以高精度地捕获合并波形的关键特征（例如，合并频率）。类似的EOS不敏感的关系存在的合并后的信号，可以用来模拟从残留物的排放。有几项研究表明，通过观察违反这些对EOS不敏感的关系，可以推断出高密度合并后物质中新的自由度或相变的出现。在这里，我们展示了一个贝叶斯方法来测试这样的潮汐极化率参数（或任何其他等效参数）和占主导地位的合并后的频率之间的EOS不敏感的关系，使用信息或合并或合并后的信号。从技术上讲，这种方法类似于用双黑洞验证吸气合并振铃一致性的广义相对论测试。然而，与后者不同的是，BNS前/后合并一致性测试在概念上信息量较小，它们只解决假设的EOS不敏感关系的一致性（或破坏）。具体来说，我们讨论了如何这样的测试不能决定性地区分EOS不尊重这种关系和出现新的自由度（或相变）在高密度物质。
2023-01-23 astro-ph.HE gr-qc
The Properties of a Black Hole-Neutron Star Merger Candidate
LIGO/Virgo联盟（LVC）发布了一个候选引力波信号S190426 c的初步公告，该信号可能来自黑洞-中子星合并。作为第一个这样的候选系统，它的性质，如质量和自旋是极大的兴趣。虽然LVC政策禁止在初步公告中披露这些属性，但LVC确实发布了该系统属于特定类别的估计概率，例如双中子星，双黑洞和黑洞-中子星。LVC还发布了有关相对信号强度、距离以及喷出物质或残留盘在合并中幸存的概率的信息。在事件的有限概率是在一个以上的类别，如可能发生的黑洞-中子星合并的情况下，它示出了如何估计组件的质量和自旋的黑洞。该技术应用于源S190426 c。
2019-08-09 astro-ph.HE gr-qc
Exploring binary-neutron-star-merger scenario of short-gamma-ray bursts by gravitational-wave observation
用广义相对论模拟方法研究了双中子星合并坍缩到黑洞的引力波的特征。我们发现，GW光谱印记的合并动力学，形成过程的磁盘，状态方程的中子星，总质量和质量比。短$γ$射线爆发的中心引擎的形成机制，这可能是由一个黑洞和周围的磁盘，因此，可以通过GW的观测约束。
2010-02-13 astro-ph.HE gr-qc
The Dynamics of Binary Neutron Star Mergers and of GW170817
随着首次通过引力波和光波GW 170817观测到中子星合并，致密双星合并已经成为核天体物理学的中心。它们被认为是产生r-过程元素的主要天体物理学场所之一，并且合并观测已经成为约束物质性质的基本工具。在这里，我们回顾我们目前的理解中子星合并的动力学，一般来说，特别是GW 170817。我们讨论的物理过程，管理的螺旋，合并，并合并后的演变，我们强调这些过程之间的联系，动态，和多信使观测。最后，我们讨论了该领域的开放问题和问题，以及通过更好的理论模型和新的观察相结合来解决这些问题的必要性。
2020-02-10 astro-ph.HE gr-qc
Ultrarelativistic electromagnetic counterpart to binary neutron star mergers
我们提出了一种可能性，超相对论电磁对应的引力波从双中子星合并在几乎所有的视角。我们提出的机制依赖于合并激波传播加速一个较小的质量在外部的中子星地壳到一个较大的洛伦兹因子$Γ$与较小的能量$\sim 10^{47} Γ^{-1}$尔格。这种机制是很难解决目前的三维数值模拟。流出物通过冲击周围的介质，发出持续数秒至数天的同步加速器耀斑。超相对论耀斑在早期和高能波段发光，可能被当前的X射线到射电仪器（如Swift XRT和Pan-STARRS）探测到，甚至在EVLA的低环境密度$\sim 10^{-2}$ cm $^{-3}$中也能探测到。耀斑探测并合的位置和时间，并作为黑洞-中子星流出的合并类型将是非/轻度相对论性的。
2013-12-06 astro-ph.HE gr-qc
Neutrino Flavor Transformation in Neutron Star Mergers
本研究首次开展纳入中子星并合中多种成因中微子味转换的数值相对论模拟，发现味转换会影响并合遗迹的组成结构及引力波信号，还会显著影响抛射物组成与核合成产额。
2025-08-01 astro-ph.HE gr-qc
Needle in a Bayes Stack: a Hierarchical Bayesian Method for Constraining the Neutron Star Equation of State with an Ensemble of Binary Neutron Star Post-merger Remnants
双星中子星（BNS）合并后的引力波发射可能发生在BNS合并的后果--只要系统避免迅速坍缩成黑洞--作为准稳定的超大质量残留物经历四极振荡和非轴对称变形。合并后的引力波频谱具有一个特征峰值频率，已被证明是依赖于二进制啁啾质量和中子星状态方程（EoS），使合并后的引力波约束中子星组成的一个强大的工具。不幸的是，BNS合并后的信号是在高频率（$\gtrsim 1.5$ kHz）下发射的，其中地基引力波探测器遭受降低的灵敏度。因此，在下一代探测器出现之前，不太可能以足够的信噪比（SNR）探测到合并后信号。然而，通过采用来自数值相对论模拟的经验关系，我们可以结合整个系综的BNS合并的信息，使我们能够获得许多低信噪比信号的EoS约束。我们提出了一个层次贝叶斯方法推导的约束$R_{1.6}$，半径为1.6 $\mathrm{M_{\odot}}$中子星，通过系综分析的二进制中子星合并。我们应用这种方法来模拟接下来的两个LIGO-Virgo-KAGRA观测运行，O 4和O 5，以及在A+灵敏度下延长4年的运行，证明了我们的方法从合并后信号中获得EoS信息的潜力。预计A+ 4年情景将改善对$R_{1.6}$的约束，使其优于目前可用的基于多信使的95\%可信区间（C.I.）$R_{1.6}=12.07^{+0.98}_{-0.77}$ km至$R_{1.6}=11.91^{+0.80}_{-0.56}…
2023-03-08 astro-ph.HE gr-qc
Neutron Star Merger Remnants: Braking Indices, Gravitational Waves, and the Equation Of State
中子星合并双星GW 170817/GRB 170817 A证实了至少有一些中子星合并是短伽马射线暴的前身。许多短的伽马射线暴都有长期的x射线余辉，这些余辉被解释为合并后的毫秒磁星-快速旋转、高度磁化的大质量中子星。我们回顾我们目前的理解毫秒磁星诞生于短伽马射线暴，特别是集中在三个主要议题。首先，毫秒磁星是否真的为x射线平台提供了最合理的解释。第二，确定和观测这些遗迹的引力波发射。第三，从当前和未来的x射线和引力波测量中确定核物质的状态方程。
2019-05-03 astro-ph.HE gr-qc
Characterizing the breakdown of quasi-universality in the post-merger gravitational waves from binary neutron star mergers
双星中子星合并后的引力波辐射有望为稠密物质状态方程提供新的约束条件。这样的约束依赖于，大体上，在准普遍的关系，其中涉及合并后的GW频谱的峰值频率的属性的中子星的结构在一个模型独立的方式存在。在这项工作中，我们报告违反现有的准普适关系之间的峰值光谱频率，f_2，和恒星半径，EoSs模型与向后弯曲的斜坡在其质量半径的关系（这样的半径增加，在高质量）。违规行为是极端的，在eos之间的f_2变化高达~600 Hz，预测1.4 Msun中子星的半径相同，但在更高的质量有显着不同的半径。准普适性可以通过在拟合公式中添加第二个参数来恢复，该参数取决于质量-半径曲线的斜率。我们进一步发现强有力的证据表明，准普适性是更好地保持非常大质量的恒星（质量2 Msun）的半径。这两种说法都意味着f_2主要对高密度EoS敏感。结合双螺旋中子星的观测，这些广义准普适关系可以同时推断出中子星质量-半径关系的特征半径和斜率。
2022-07-06 astro-ph.HE gr-qc
Extracting the cutoff frequency in the gravitational-wave spectrum of black hole-neutron star mergers
当黑洞扰动中子星时，黑洞-中子星合并的引力波谱的截止点位置与中子星半径密切相关.然而，由于模式混合，在光谱中出现的调制，这使得很难测量的截止频率，如果引力波从倾斜方向观察或双星进动。在这封信中，我们表明，截止频率可以测量，即使在这种情况下，我们最近提出了一种方法来重建的脸上的波形只从应变观察到从一个特定的方向。我们表明，在测量的中子星半径的系统误差可以减少到$\lesssim 5\%$的情况下，发生显着的中子星的潮汐破裂。
2017-09-08 astro-ph.HE gr-qc
Nucleosynthesis in Outflows from Black Hole-Neutron Star Merger Disks With Full GR$ν$RMHD
伴随着中子星的合并，黑洞和中子星的螺旋和合并是预测的$r$过程核合成和相关千新星的位置。对于正确的质量比，非常大量的富中子物质可以从合并后的吸积盘中释放出来。我们用全输运广义相对论中微子辐射磁流体力学模拟了一组四个合并后的圆盘。我们发现，从这些磁盘的流出是非常接近的阈值条件，强大的$r$过程核合成。在这些条件下，外流的详细性质决定了一个完整的$r$ -过程是否能够发生，这意味着可能出现各种各样的可观测现象。我们表明，平均盘流出镧系元素的分数被抑制相对于太阳同位素模式。结合动态喷出物，这些流出意味着一个蓝色和红色组件千诺瓦。
2023-03-28 astro-ph.HE gr-qc
Turbulent Dynamo Action in Binary Neutron Star Mergers
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）
研究双中子星并合中磁场的湍流放大机制及其对后续演化的影响。
2026-09-24 astro-ph.HE gr-qc
Problematic systematics in neutron-star merger simulations
该研究指出有限温度中子星并合模拟中激波加热导致的系统误差，并通过计算潮汐参数展示其影响，强调需解决此问题以构建稳健引力波模型。
2025-01-27 astro-ph.HE gr-qc
The Search for Extra-Galactic Intelligence Signal Synchronized with a Binary Neutron Star Merger
我们讨论了接收来自银河系外智慧生物的无线电信号的可能性，大约在我们观察到他们星系中的一颗中子星合并的时候。高精度测量的二进制参数使他们能够发送信号之前，他们自己观察合并信号约$10^4$年。使用SKA，我们可以接收~ $10^4$比特的数据，从40 Mpc的距离传输，输出功率为~ 1 TW。我们还讨论了GW 170817的相关主题，并提到了未来引力波探测器在这种传输方案中的潜在作用。
2019-03-20 astro-ph.HE gr-qc
Computing Fast and Reliable Gravitational Waveforms of Binary Neutron Star Merger Remnants
在双星GW170817的螺旋中探测到了引力波，这使得对中子星状态方程的约束成为可能。如果探测到来自合并后残骸的引力波，状态方程可以进一步受到约束。目前，合并后的波形是由数值相对论模拟，这是计算昂贵。在这里，我们介绍了一个在数值相对论模拟上训练的分层模型，它可以在几分之一秒内生成可靠的合并后光谱。我们的光谱的平均拟合因子为0.95，相比之下，模拟相同物理系统的不同数值相对论代码之间的拟合因子为0.76和0.85。该方法是产生用于合并后检测和参数估计的大模板谱库的第一步。
2018-11-27 astro-ph.HE gr-qc
Entropy-limited higher-order central scheme for neutron star merger simulations
数值相对论模拟是计算双星中子星合并的精确引力波形和设计引力波天文学模板的唯一方法。这些数值计算的准确性是至关重要的，在量化合并附近的潮汐效应，目前合并波形的不确定性的主要来源之一。在这项工作中，我们探讨了使用基于熵的通量限制计划的高阶，收敛模拟的中子星时空。该计划有效地跟踪恒星表面和物理冲击，使用剩余的熵方程，从而允许使用无限的中心通量计划在平滑流动的区域。我们用这种方法进行了第一次中子星合并模拟，并在引力波形阶段证明了四阶收敛。该计划减少了相位误差的一个因素相比，国家的最先进的高阶特征的计划，可以用来产生忠实的潮汐波形的引力波建模。
2022-07-01 astro-ph.HE gr-qc
Probing neutron stars with the full pre-merger and post-merger gravitational wave signal from binary coalescences
两颗中子星合并时发出的引力波信号携带着恒星内部结构的信息。在漫长的螺旋上升阶段，观测到的主要物质是二进制组件之间的潮汐相互作用，这种效应可以用广义相对论的紧凑二进制解决方案进行参数化建模。在双星合并之后，主要的观测对象是残余物的频率模式，最常见的是产生一个只有通过数值模拟才能获得的短持续时间信号。复杂的形态和相关频率中检测器灵敏度的降低目前阻碍了合并后信号的检测，并促使对合并前和合并后数据进行单独分析。然而，计划和正在进行的探测器改进可能很快就会使合并后的信号触手可及。在这项研究中，我们的目标是整个合并前和合并后的信号，而无需在二进制合并的人工分离。我们构建了一个混合分析模型的inspiral与模板的基础上分析计算和校准的数值相关性和合并后的信号与灵活的形态独立的分析。将这种分析应用于GW 170817，我们发现，正如预期的那样，合并后的信号仍然未被检测到。我们进一步研究模拟信号，发现我们可以重建完整的信号，同时估计合并前的潮汐变形和合并后的信号频率内容。我们的分析使我们能够使用所有可用的数据来研究中子星物理，并直接测试合并前和合并后信号的一致性，从而探测强子-夸克相变的发生等效应。
2022-05-11 astro-ph.HE gr-qc
Improving the convergence order of binary neutron star merger simulations in the Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamura formulation
中子星并合的高精度相对论数值模拟是构造引力波形模板分析和解释致密天体并合观测的必要组成部分。在合并后阶段的数值收敛，这种模拟是具有挑战性的，以实现许多现代代码。本文研究了在爱因斯坦方程的Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamura表述下改进双中子星合并模拟收敛性的两种方法。我们表明，在一个特定的约束阻尼计划在这个配方中的不连续性可以破坏合并后的模拟收敛。相比之下，连续的处方确保收敛直到晚期。我们还研究了状态方程参数化的影响前和合并后的收敛性能的模拟。特别是，我们比较结果的分段多方参数化，这是常用的合并模拟，但遭受非物理的不连续的声速，结果使用“广义”分段多方参数化，这是为了确保状态方程的连续性和可微性。我们报告的差异，在引力波和任何虚假的合并前加热，这取决于状态方程参数化。
2022-07-05 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave asteroseismology with f-modes from neutron star binaries at the merger phase
来自合并中子星的引力波信号可以提供关于核物质状态方程性质的重要信息，从信号的早期部分通过潮汐效应到合并产物的性质和振荡频率。通过比较中子星的基本振荡模式（$f$ -模式）的频率与两颗中子星合并时的引力波频率，我们研究了孤立中子星的性质与合并之间的直接联系。我们使用共形平坦近似下的非线性流体动力学程序计算了非旋转和旋转中子星的四极（$l=2$）$f$模振荡（$f_{2f}$），并从一组公开可用的模拟中获得了与双星的峰值振幅（$f_{\rm max}$）相关的引力波频率。我们发现，$f_{\rm max}$和$f_{2f}$相差约1\%，平均而言，在45个相同的质量系统，不同的总质量和状态方程。假设引力波频率仍近似等于轨道频率$Ω$的2倍，结果表明，在并合点附近满足潮汐共振条件$|m|Ω= f_{2f}$，其中$m=2$为方位角量子数.此外，$f_{\rm max}$和等质量双星系统的潮汐变形性之间的普遍联系现在可以用$f_{2f}$和孤立中子星的潮汐变形性之间的类似关系来解释，这已经被证明与中子星的几乎不可压缩性质有关。我们的研究结果表明，这是可能的引力波信号在合并的一个双中子星系统的基本振荡模式和质量比直接相关。
2020-12-15 astro-ph.HE gr-qc
Can a black hole-neutron star merger explain GW170817, AT2017gfo, GRB170817A?
在引力波和电磁辐射中都发现了致密的双星合并，这标志着多信使天文学领域的突破，并提高了我们在许多研究领域的知识。然而，一个悬而未决的问题是观测数据的确切来源，以及人们是否可以可靠地证实GW 170817及其电磁对应物是由一颗双中子星合并而成的。为了回答这个问题，如果GW 170817，GRB 170817 A，和AT 2017 gfo的观测可以解释为合并的中子星与黑洞，我们执行联合多信使分析的引力波，短伽玛射线暴，和kilonova。假设一个黑洞中子星系统，我们推导出多信使约束的潮汐变形的NS的$Λ> 425$和$q < 2.03$的质量比在90\%的置信度，峰值附近的$Λ= 830$和$q = 1.0$的可能性。总的来说，我们发现黑洞-中子星合并可以解释观测到的特征，然而，我们的分析表明，双星中子星GW 170817的起源似乎更合理。
2019-11-14 astro-ph.HE gr-qc
Realistic Finite-Temperature Effects in Neutron Star Merger Simulations
双中子星合并提供了一个独特的探测稠密物质状态方程（EoS）在很宽的参数空间范围内，从零温度EoS在螺旋合并后的高温EoS。在本文中，我们实现了一个新的模型，用于计算参数化有限温度EoS效应的数值相对论模拟。这个“M* 模型”是基于粒子有效质量的两参数近似，并包括在热压力和能量的简并的领先阶效应。我们测试我们的数值实现进行旋转的单星与零和非零温度梯度的演变，以及演变的二进制中子星合并。我们发现，我们的新的有限温度EoS实现可以支持稳定的恒星在许多动态的时间尺度。我们还进行了第一个参数的研究，以探讨的作用，M* 参数的二进制中子星合并模拟。所有模拟都从相同的初始数据开始，具有相同的冷EoS，并且仅在EoS的热部分不同。我们发现，热档案的残余物和合并后的引力波信号依赖于M* 参数的选择，但总合并喷出物仅弱依赖于有限温度的一部分，在很宽的参数范围内的EoS。我们的模拟为理解致密物质的有限温度特性如何影响未来对双中子星合并的观测迈出了第一步。
2021-04-15 astro-ph.HE gr-qc
Maximum mass cutoff in the neutron star mass distribution and the prospect of forming supramassive objects in the double neutron star mergers
具有测量质量的中子星样本正在迅速增长。利用最新的样本，我们采用了灵活的高斯混合模型和高斯加柯西-洛仑兹分量模型来推断中子星的质量分布，并使用贝叶斯模型选择来探索质量分布的多峰性和锐截止性的证据。这两个模型得出的结果相当相似。与以前的研究一致，我们发现的证据双峰分布连同截止在质量$M_{\rm max}=2.26_{-0.05}^{+0.12}M_\odot$（68%可信区间，高斯混合模型）。如果将这种截止解释为非旋转冷中子星的最大引力质量，则对于总引力质量小于或等于2.7 $M_\odot$的双中子星并合，形成超大质量残余物的前景被发现是相当有希望的，除非热π介子可以大大软化非常热的中子星物质的状态方程。这些超大质量残留物具有典型的动能旋转能量，大约为$1-2\times 10^{53}$尔格。与一个高的中子星合并率约$10^{3}~{\rm Gpc^{-3}~yr^{-3}}$，中子星合并预计是EeV（$10^{18}$ eV）的宇宙射线质子的重要来源。
2020-09-09 astro-ph.HE gr-qc
Relativistic Simulations of Eccentric Binary Neutron Star Mergers: One-arm Spiral Instability and Effects of Neutron Star Spin
我们进行广义相对论流体动力学模拟的动态捕获双中子星合并，强调的作用所发挥的中子星自旋。动力学捕获合并可能发生在球状星团，以及其他致密的恒星系统，其中大多数中子星有大的自旋。我们发现合并的结果作为初始中子星自旋的函数的显着变化。对于自旋与轨道角动量一致的情况，剩余超大质量中子星中额外的离心支撑可以防止迅速坍缩成黑洞，而对于不一致的情况，减小的总角动量可以促进坍缩成黑洞。我们发现，即使是中等的自旋可以显着增加喷射物质的量，包括未绑定的速度大于光速的一半，导致更明亮的电磁签名与千新星和相互作用的喷出物与星际介质。此外，我们发现，初始中子星自旋可以强烈地影响已经丰富的现象，在合并后的引力波签名所产生的超大质量中子星的振荡模式。在我们的几个模拟中，由此产生的超大质量中子星发展出单臂（$m=1$）螺旋不稳定性，最明显的情况是那些小但不可忽略的中子星自旋。对于长寿的超大质量中子星，这种不稳定性的存在导致通过引力波探测这些事件的前景得到改善，从而可能提供有关中子星状态方程的信息。
2016-01-13 astro-ph.HE gr-qc
Kilonova emission from black hole-neutron star mergers: observational signatures of anisotropic mass ejection
与短伽马射线暴（GRB）170817 A相关的引力波事件GW 170817证实了双星中子星（BNS）合并是短伽玛暴的起源之一。相关的kilonova排放，放射性供电的核合成重元素，也被检测到。黑洞-中子星（BH-NS）并合被认为是短伽玛暴和千新星的另一个有希望的起源候选者。数值模拟结果表明，BH-NS并合中的喷出物在几何上比BNS并合情况更具有各向异性。在本文中，我们调查的观测签名的kilonova发射的各向异性喷出物在BH-NS合并。我们发现，由于质量在纬向的不均匀分布，在测热光度光变曲线上出现了一个凸起。单波段光变曲线的衰减斜率变得更平坦，光谱也偏离单温度黑体辐射光谱，由于在速度分布的喷出物的梯度。未来的检测或不检测这样的签名将是有用的，以测试在BH-NS合并的质量喷射几何。
2018-09-10 astro-ph.HE gr-qc
Is GW190425 consistent with being a neutron star$-$black hole merger?
GW 190425是Advanced LIGO/Virgo探测器探测到的第二个中子星合并事件。如果解释为双中子星合并，总的引力质量比银河系中确定的双星系统大得多。在这项工作中，我们分析的引力波数据内的中子星$-$黑洞合并的情况。对于黑洞，我们得到质量为$2.40^{+0.36}_{-0.32}M_\odot$，自旋为$0.141^{+0.067}_{-0.064}$。对于中子星，我们发现了$1.15^{+0.15}_{-0.13}M_\odot$的质量和$1.4^{+3.8}_{-1.2}\times 10^{3}$的无量纲潮汐形变。这些参数范围的可信度为90%。中子星和黑洞的推断质量与当前的观测结果并不紧张，我们认为GW 190425是中子星$-$黑洞合并事件的可行候选者。得益于先进引力探测器灵敏度的不断提高和观测站数量的增加，预计未来类似事件将得到更精确的测量，所谓的质量间隙以下黑洞的存在将得到明确的澄清。如果得到证实，中子星与（快速旋转的）低质量黑洞的合并可能是最重r过程元素的重要生产场所。
2020-02-27 astro-ph.HE gr-qc
Multimessenger signals from black hole-neutron star mergers without significant tidal disruption
我们利用电阻磁流体力学和完全广义相对论研究了黑洞与磁化中子星合并产生的多信使信号。我们专注于5：1的质量比的情况下，只有少量的中子星物质仍然合并后，但我们仍然发现，显着的电磁辐射可以由中子星的磁层与黑洞的相互作用。在合并的过程中，来自内旋的磁场线的强烈扭曲导致等离子体团发射，并导致亮度超过单极感应的预期。我们发现，最强的发射发生在合并后不久，在一个短暂的时期，其中形成的磁环和逃逸的中心区域。剩余的磁场在消散之前围绕残余黑洞的自旋轴准直，这表明，在更有利的情况下（更高的黑洞自旋/更低的质量比），更大的吸积盘，会形成喷流。
2021-04-23 astro-ph.HE gr-qc
Models of Kilonova/macronova emission from black hole-neutron star mergers
黑洞-中子星合并是地面探测器有希望的引力波源之一，而黑洞-中子星合并产生的引力波有望在未来几年内被探测到。同时探测电磁对应物和引力波探测提供了关于合并事件的丰富信息。在黑洞-中子星合并可能的电磁对应物中，由放射性r过程核衰变提供能量的辐射，所谓的kilonova/macronova，是后续观测的最佳目标之一。基于最近进行的相对论数值模拟，我们推导出了一般黑洞-中子星合并中喷出物的质量和速度的拟合公式。我们结合这些拟合公式与一个新的半解析模型的黑洞-中子星kilonova/macronova光变曲线再现辐射传输模拟的结果。具体地说，半解析模型再现了~1 mag范围内辐射传输模拟得到的各带星等的结果。利用该半解析模型，我们发现在400 Mpc时，kilonova/macronova在小啁啾质量和高黑洞自旋的情况下亮度为22-24 mag，在大啁啾质量和低黑洞自旋的情况下亮度大于28 mag。以GRB 130603 B为例，我们证明了黑洞-中子星的并合是一个快速旋转的黑洞和一个大的中子星半径。
2016-09-02 astro-ph.HE gr-qc
Secular Outflows from Long-Lived Neutron Star Merger Remnants
本研究通过广义相对论中微子辐射流体动力学模拟，探讨了双中子星并合产生长寿命大质量中子星残骸的质量抛射过程，揭示了螺旋密度波与中微子辐射驱动的外流机制，并证实其核合成产率与太阳丰度一致。
2023-10-15 astro-ph.HE gr-qc
Binary Neutron Star Mergers: Dependence on the Nuclear Equation of State
利用基于核理论的6个状态方程，对中子星并合过程进行了数值相对论模拟。我们的目的是探讨双中子星合并的动力学行为和由此产生的引力波形对超核密度物质物态方程的依赖性。数值计算结果表明，并合过程和第一种结果可分为三种类型：（i）迅速形成黑洞，（ii）形成短寿命的超大质量中子星（HMNS），（iii）形成长寿命的HMNS.合并的类型强烈地依赖于状态方程和双星的总质量。对于最大质量大于2Msun的物态方程，当总质量m_0=2.7Msun时，HMNS的寿命大于10ms。最近的射电观测表明，球形中子星的最大质量为M_max \geq 1.97 \pm 0.04 Msun。这一事实和我们的研究结果支持了一个典型的双中子星（m_0=2.7Msun）在合并开始后不久可能存在HMNS的可能性。我们还表明，围绕残余黑洞的环面质量与合并过程的类型相关，环面质量可能很大，\geq 0.1 Msun，在这种情况下，一个长寿的HMNS形成。我们还表明，引力波携带的合并过程中，残留物，和周围的黑洞环面质量的信息。
2011-05-22 astro-ph.HE gr-qc
Convective Excitation of Inertial Modes in Binary Neutron Star Mergers
我们提出了第一个非常长期的模拟（延长到140毫秒合并后）的二元中子星合并与分段多方状态方程和充分的广义相对论。我们的模拟显示，在合并后30-50毫秒的时间，恒星的部分变得对流不稳定，这触发了惯性模式的激发。被激发的惯性模式可持续数十毫秒，并有可能被计划中的第三代引力波探测器以几千赫兹的频率观测到。由于惯性模式依赖于恒星的旋转速率，并且它们是由合并后残余物中的对流不稳定性触发的，因此在引力波中检测它们将为探测合并残余物的旋转和热状态提供独特的机会。此外，我们的发现对双中子星遗迹的长期演化和稳定性具有启示意义
2018-07-03 astro-ph.HE gr-qc
Effects of the microphysical Equation of State in the mergers of magnetized Neutron Stars With Neutrino Cooling
我们使用不同的现实，微物理核状态方程，以及结合磁场和中微子冷却效应的合并中子星。特别是，我们集中在状态方程的影响，引力波签名，也对它的作用，结合冷却和电磁效应，在确定的超大质量中子星的性质所产生的合并，中微子的生产，并从系统的喷出物的特性。我们发现的喷出物与最近的其他研究一致，发现软状态方程比硬状态方程产生更多的喷出物。此外，中子丰度的程度增加软状态方程。根据报道的基洛诺瓦观测结果（与GRB~ 130603 B和GRB~060614有关）以及在深海沉积物中发现相对低丰度的重放射性元素（关于可能通过超新星产生），我们推测，一个软的地球表面可能是更好的-因为它能大量产生足够多的中子-如果这种事件是由双中子星合并驱动的话。我们还发现，现实的磁场强度，获得与子网格模型调整，以捕捉磁放大通过开尔文-亥姆霍兹不稳定性合并，一般太弱，以影响引力波签名后合并的时间尺度内的$\approx 10$ ~ms，但可以有微妙的影响合并后的动力学。
2015-05-07 astro-ph.HE gr-qc
A Toy Model for the Electromagnetic Output of Neutron-star Merger Prompt Collapse to a Black Hole: Magnetized Neutron-star Collisions
本文系统地研究了磁化中子星的迎头碰撞。我们研究了两颗中子星合并时产生的磁场几何。此外，我们还分析了这些碰撞产生的光度，并监测了从合并到随后产生黑洞的磁场演化。在黑洞形成的时候，随着电磁场的衰减，亮度达到峰值并逐渐衰减。比较了三种不同的情况下，一个在两个中子星的初始磁场是对齐的，一个在那里他们是反对齐的，也有一种情况下，他们最初有不相等的磁场强度。我们确定区域和设置限制，使对创建和磁重联将发生在这种情况下，并进一步讨论辐射能量的限制和差异。这项研究应该被看作是一个玩具模型的情况下，残余物，一个双中子星合并，经历了一个即时崩溃的黑洞与周围的磁盘可以忽略不计。我们注意到产生的电磁脉冲类似于快速射电暴现象。我们认为，高质量的合并，导致快速迅速崩溃的黑洞和预期的流量将被观察到的距离类似的二元中子星引力波检测GW 190425的影响。
2020-04-18 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waveforms from binary neutron star mergers with high-order WENO schemes in numerical relativity
双中子星合并引力波形的理论模拟需要精确的相对论数值模拟。由于广义相对论流体动力学方案的精度较低以及$(3+1)$维模拟中可采用的网格分辨率，评估数值数据的收敛性和建立误差预算目前具有挑战性。在这项工作中，我们探讨了使用高阶加权基本无振荡（WENO）格式在中子星合并模拟和调查的准确性与这种方法得到的波形。我们发现，高阶WENO计划可以稳健地用于模拟吸气合并阶段，它们显着提高了评估的波形的误差预算相对于有限体积法。因此，高阶WENO格式可以有效地用于高质量的波形生产，也在未来的大规模调查的二进制参数空间。
2016-09-19 astro-ph.HE gr-qc
Imprints of the redshift evolution of double neutron star merger rate on the signal to noise ratio distribution
建议的第三代引力波（GW）干涉仪，如宇宙探测器，将有灵敏度观察双中子星（DNS）合并高达红移$\sim 5$与良好的信噪比。我们认为，共动的空间分布的DNS合并留下了独特的印记上的统计分布的信噪比（SNR）检测到的DNS合并。因此，DNS合并的SNR分布将有助于一个新的探针的红移演化独立的光度距离测量。我们考虑由第三代探测器Cosmic Explorer探测到的DNS合并，研究不同可能的红移演化模型的DNS的SNR分布，并采用Anderson Darling p值统计来证明这些不同模型之间的可互换性。我们发现，在宇宙探索者时代的几百个DNS合并将使我们能够区分不同的红移演化模型。
2020-04-27 astro-ph.HE gr-qc
Detecting the impact of nuclear reactions on neutron star mergers through gravitational waves
核反应可能会影响中子星合并产生的引力波信号，但其影响尚不确定。为了量化的效果，我们比较了两个数值模拟直观的极端。在一种情况下，反应瞬间发生。在另一种情况下，它们发生的时间尺度比进化的时间尺度慢得多。我们发现，虽然两个引力波信号的差异很小，但它们应该可以被第三代天文台检测到。为了避免从观测信号推断的状态方程参数的系统误差，我们需要在未来的模拟中精确地实现核反应。
2022-05-23 astro-ph.HE gr-qc
The evolution of binary neutron star post-merger remnants: a review
大约每10秒，宇宙中的某个地方就会有两颗中子星合并，产生剧烈的爆炸，在引力波和电磁波谱中都可以观察到。引力波和电磁波对合并的双星中子星GW 170817的同步观测为这些灾难性的碰撞提供了宝贵的见解，探测了超核密度下的大块核物质、伽马射线暴的喷流结构、引力速度以及局部宇宙的宇宙学演化等。尽管信息丰富，但仍不清楚GW 170817的残骸何时坍塌形成黑洞。来自其他短伽马射线暴的证据表明，大部分的合并可能形成长寿的中子星。我们回顾了观测和理论上已知的关于双中子星合并后的残余物。从理论的角度来看，我们回顾了我们的理解的短寿命和长寿命的合并残留物的演变，包括流体，磁场和温度的演变。这些考虑影响了从短寿命或长寿命的中子星残骸中探测引力波的前景，这可能会允许在地球实验无法达到的条件下对热核物质状态方程进行新的探测。我们还回顾了从当前和未来的电磁观测，包括千新星和晚时间的X射线和无线电余辉观测确定合并后的物理前景。
2022-02-18 astro-ph.HE gr-qc
Black hole-neutron star mergers for 10 solar mass black holes
黑洞-中子星合并的广义相对论模拟目前仅限于低质量的黑洞（小于7个太阳质量），即使人口合成模型表明，大多数合并可能涉及更大质量的黑洞（10个太阳质量或更多）。我们首次对黑洞-中子星与10个太阳质量的黑洞合并进行了广义相对论模拟。对于大质量黑洞来说，作用在中子星上的潮汐力通常太弱，在中子星到达黑洞最里面的稳定圆形轨道之前，它不会被破坏。在a/M = 0.5-0.9范围内改变黑洞的自旋，我们发现只有当a/M>0.7-0.9时，合并才导致恒星的破裂和大质量吸积盘的形成。从这些结果中，我们得到更新的约束BHNS合并的能力是短伽马射线暴的质量和自旋的函数的黑洞的祖先。我们还讨论了引力波信号对黑洞参数的依赖性，并提供了从合并前7-8个轨道开始的模拟波形和频谱。
2012-03-12 astro-ph.HE gr-qc
A brief overview of black hole-neutron star mergers
在地面引力波观测可探测到的三种主要双星中，黑洞-中子星（BHNS）合并仍然是最难以捉摸的。虽然候选BHNS存在于高级LIGO/Virgo合作的第三次观测运行期间发布的触发器中，但到目前为止尚未确认检测。至于双中子星系统，BHNS双星使我们能够探索广泛的物理过程，包括中子星状态方程，核合成，恒星演化，高能天体物理和宇宙膨胀。在这里，我们回顾一些BHNS系统的主要特征：破坏和非破坏双星之间的区别，BHNS合并可以产生的流出类型，以及可以从观测它们的引力波和电磁信号中提取的信息。我们还强调，对于最有可能的二元参数，BHNS合并似乎不太可能电源电磁信号比二元中子星系统。最后，我们讨论了一些问题，仍然限制了我们的能力，从BHNS二进制模型和解释电磁信号。
2020-06-18 astro-ph.HE gr-qc
A large-scale magnetic field produced by a solar-like dynamo in binary neutron star mergers
本研究通过广义相对论下的高分辨率模拟，发现磁旋转不稳定性驱动的 $αΩ$ 发电机机制能在双中子星合并遗迹中建立大尺度磁场，产生相对论性外流和质量抛射，为短伽马射线暴和千新星提供引擎。
2024-02-16 astro-ph.HE gr-qc
Radioactively Powered Emission from Black Hole-Neutron Star Mergers
探测引力波（GW）源的电磁对应物对于揭示致密双星合并的本质具有重要意义。本文对黑洞-中子星合并过程中的放射性能量辐射进行了三维、多频、含时的辐射转移模拟。根据BH与NS的质量比，BH的自旋和致密物质的状态方程，BH-NS合并可以比NS-NS合并喷射更多的物质。在这种情况下，BH-NS合并喷出物的放射性能量发射可能比NS-NS合并更明亮。我们发现，尽管预计较大的距离BH-NS合并事件，观测到的亮度BH-NS合并可以媲美，甚至高于NS-NS合并。我们发现，当潮汐扰动的BH-NS合并喷出物被限制在一个小的立体角，从BH-NS合并喷出物的排放往往是蓝色的比从NS-NS合并喷出物为一个给定的总光度。由于这一性质，我们可能能够区分BH-NS合并事件从NS-NS合并事件的放射性供电发射的多波段观测。除了GW观测，这种电磁观测可能提供关于致密双星聚结性质的独立信息。
2013-10-10 astro-ph.HE gr-qc
Thermal Effects in Binary Neutron Star Mergers
本文通过数值相对论模拟研究了双中子星合并中的有限温度效应，发现增加比热会使合并残骸更冷更致密，并利用贝叶斯分析证明该效应在下一代观测器信噪比为15时可被测量。
2023-07-10 astro-ph.HE gr-qc
Jets from neutron-star merger remnants and massive blue kilonovae
通过含中微子输运的三维GRMHD模拟，研究揭示长寿命BNS并合遗迹可在数十毫秒内产生双极喷流、磁化星风及大量无镧系元素抛射物，解释蓝色千新星与GW170817信号。
2023-12-08 astro-ph.HE gr-qc
