Empirical relations for gravitational-wave asteroseismology of binary neutron star mergers
我们构建了新的，多元的经验关系测量中子星半径和潮汐变形的主导引力波频率在合并后阶段的二进制中子星合并。这些关系确定了特定中子星质量的中子星半径和潮汐形变率，并具有一致的精度，并且仅依赖于两个观测值：合并后的峰值频率$f_{\rm peak}$和啁啾质量$M_{\rm chirp}$。前者可以用下一代探测器从合并后阶段发射的引力波中以很好的精度测量，而后者已经用现代探测器从螺旋阶段以很好的精度获得。我们的主要数据集由CFC/SPH模拟得到的引力波目录组成。我们还提取了$f_{\rm peak}$频率从公开的CoRe数据集，通过基于网格的GRHD模拟获得，并找到两个数据集的提取频率之间的良好协议。因此，我们可以为组合数据集构建经验关系。此外，我们调查的经验关系的两个二级峰，$f_{2-0}$和$f_{\rm spiral}$，并表明，这些关系是不同的，在整个参数空间中，与以前介绍的光谱分类计划。最后，我们表明，光谱分类方案可以使用机器学习技术。
2019-10-24 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
Gravitational wave asteroseismology with fast rotating neutron stars
我们调查的阻尼和增长时间的快速旋转的恒星和各种不同的多方状态方程的Cowling近似的f-模式。我们讨论了本征函数的共同和反旋转模式的差异和计算的阻尼时间的f-模式的几个EOS和所有的旋转速率开普勒限制。这是第一次在广义相对论框架下研究快速旋转中子星这种振荡的阻尼/增长时间。我们使用这些频率和阻尼/增长时间，以创建强大的经验公式，可用于引力波星震学。阻尼/增长时间的估计是基于四极公式，我们的结果符合得很好，在适当的限制与牛顿的。
2011-04-04 astro-ph.SR gr-qc
Magnetar Asteroseismology with Long-Term Gravitational Waves
磁耀斑和磁星（超磁化中子星）的感应振荡是很有希望的引力波源。我们认为，GW的发射，如果有的话，将持续时间比观察到的X射线准周期振荡（X-QPO），需要更长期的GW分析，从一天到几个月比目前的搜索。与脉冲星计时一样，由于磁场的衰减或重构，振荡频率也会随时间变化，这对GW的探测至关重要。利用观测到的GW频率及其时间导数，我们可以探测内部磁场强度及其演变，并利用下一代干涉仪如先进的LIGO，先进的VIRGO，LCGT和ET开启新的GW星震学。
2011-03-28 astro-ph.HE gr-qc
Understanding supernova gravitational waves with protoneutron star asteroseismology
Theoretical Astrophysics, IAAT, University of Tübingen（蒂宾根大学理论天体物理学与IAAT）
本文通过中子星振荡频谱分析，探讨超新星引力波与物理性质的普遍关系，以提高低事件率引力波信号的解析能力。
2026-04-21 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave asteroseismology of fast rotating neutron stars with realistic equations of state
本文在Cowling近似下，用真实状态方程研究了快转中子星的振荡。我们得到了改进的经验关系的引力波星震学与f-模式，第一次，我们认为不仅四极振荡，而且模式与更高的球阶（l= |m| = 3，4）。在与多方EoS进行了系统的比较后，结果表明，在这种情况下发现的经验关系近似也适用于现实的EoS。更重要的是，我们表明，这些关系不会发生显着变化，即使考林近似下降，并考虑完整的广义相对论的情况下，虽然这里使用的归一化（频率和阻尼时间在非旋转限制）可能会有很大的不同。我们还解决了逆问题，即我们详细调查什么样的观测数据是必需的，以确定特征中子星参数。结果表明，质量，半径和旋转速率可以相当准确地估计使用派生的asteroseismology关系。我们还计算了某些模型的不稳定窗口，即在T-Ω-平面中的极限曲线，其中长期的Eosekhar-Friedman-Schutz（CFS）不稳定性克服耗散效应，并表明，一些现代现实的EoS将导致一个更大的不稳定窗口相比，所有的多方文献中提出的。此外，我们还计算了r模的不稳定窗口，并与f模的情况进行了比较。不稳定窗口的总体结果表明，当考虑在快速旋转的中子星中使用f模式的引力波星震学时，考虑l= 3，4的振荡是至关重要的，因为这些模式可以在比纯四极振荡大得多的参数范围内变得CFS不稳定。
2013-05-30 astro-ph.SR gr-qc
Probing Strong-Field Scalar-Tensor Gravity with Gravitational Wave Asteroseismology
本文通过对振动中子星的引力波谱的分析，提出了另一种追踪标量场存在的方法。强场引力中的标量-张量理论可能会在中子星的参数中引入比各种状态方程引入的不确定性大得多的差异。对来自中子星的引力波的探测可以对标量场的存在和强度设置限制。我们发现，振荡谱的存在下的标量场的显着影响，并可以提供其存在的唯一确认。
2004-10-30 astro-ph gr-qc hep-th
Robust universal relations in neutron star asteroseismology
本研究结合核物理理论与天文观测约束的大量物态方程，验证中子星f模相关普适关系的鲁棒性，发现新的f模-半径强相关普适关系，并指出低频2倍太阳质量中子星可能存在非核子自由度。
2023-06-15 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Probing Tensor-Vector-Scalar Theory with Gravitational Wave Asteroseismology
为了在张量-矢量-标量（TeVeS）理论中研究中子星发射的引力波，我们导出了相对论星的微扰方程，其中为了简化起见，我们省略了矢量场的微扰。也就是说，我们考虑标量场和张量场的微扰。在这个假设下，我们发现对应于时空振荡（$w$模）的轴向引力波与标量场的扰动无关，而标量场的影响只能通过背景性质来体现。采用两种不同的状态方程，计算了轴向$w$模的复本征频率，发现频率对恒星致密性的依赖性几乎与所采用的状态方程和TeVeS中的参数无关。此外，TeVeS中轴向$w$模的频率依赖性与广义相对论中的结果明显不同.因此，对引力波的直接观测可以揭示强场区域的引力理论。
2009-09-13 astro-ph.HE gr-qc
Constraining equation of state groups from $g$-mode asteroseismology
本文通过广义相对论下静态分层恒星扰动计算，揭示低温g空间可按状态方程类别分为不同分组，并利用平均密度、温度、中心声速和潮汐形变进行分类，为借助引力波、吸积爆发、准周期振荡及伽马射线暴前兆闪光等观测约束核状态方程提供了新途径。
2023-04-14 astro-ph.HE gr-qc
Towards gravitational-wave asteroseismology
我们提出了脉动中子星的新结果。我们计算了十二个实际状态方程的模式的本征频率，这些模式被认为是最重要的引力波源：基本流体f模式，第一压力p模式和第一引力波w模式。从这些数值数据中，我们推断出了一组模式频率和恒星参数（半径R和质量M）之间的“经验关系”。其中一些关系被证明是令人惊讶的强大，我们展示了如何使用它们来提取恒星的细节（半径，质量，eos）从观测模式的误差不大于百分之几。
1997-11-28 astro-ph gr-qc
Towards asteroseismology of core-collapse supernovae with gravitational-wave observations - I. Cowling approximation
核心坍缩超新星的引力波是由原中子星及其周围环境（包括激波）中的不同振荡模式激发而产生的。在这项工作中，我们研究的PNS冲击系统的反弹后振荡频谱和观察到的引力波信号从核心崩溃模拟的特征频率之间的关系。这是一个基本的第一步，以制定一个程序来推断天体物理参数的PNS形成的核心塌陷超新星。我们的方法结合了从PNS的振荡谱，通过线性微扰分析背景物理系统，从相应的非线性，核心崩溃模拟的引力波谱的信息。使用的结果从35 $M_{\odot}$前超新星祖先的崩溃模拟，我们表明，这两种类型的光谱确实是相关的，我们能够识别的振荡模式的PNS，即g-模式，p-模式，混合模式，和站立吸积激波不稳定性（SASI）模式，获得一个非常密切的对应关系的时间-频率分布的引力波模式。本文提出的分析提供了一个概念证明，在核心崩溃的情况下，星震学确实是可能的，它可以作为未来工作的基础上PNS参数推断的基础上引力波观测。
2018-07-05 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Detecting Tidal Resonances in Binary Neutron Stars
Utrecht University（乌得勒支大学）；Nikhef（尼赫夫国家核子和亚原子物理研究所）
本文通过全贝叶斯分析，研究爱因斯坦望远镜探测双中子星潮汐共振的能力，发现其可识别共振模式并敏感至相位偏移约0.03，且忽略共振会导致潮汐形变参数偏差。
2026-10-21 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave asteroseismology limits from low density nuclear matter and perturbative QCD
我们在广义相对论中使用一组状态方程（EOS）研究了非旋转致密星的非径向振荡的基本模式，该状态方程连接了低密度和高密度下的最新计算。具体而言，低密度模型的基础上的手征有效场论（EFT）和高密度的结果微扰量子色动力学（QCD）的基础上匹配通过不同的插值多面体满足热力学稳定性和亚光速的声速，以及额外的要求，状态方程支持两个太阳质量的恒星。我们采用文献[1]中提出的三个代表性模型（EOS I、II和III），EOS I给出最小恒星半径，EOS II给出最大恒星质量，EOS III给出最大恒星半径。使用这个家庭的状态方程，我们发现，频率和阻尼时间的$f$模式被限制在狭窄的相当模型无关的窗口。我们还分析了一些建议的经验关系描述的$f$模式的平均密度和紧凑性的中子星的属性。我们讨论了这些约束的严格性和可能的作用，不能被编码在一个简单的低密度和高密度EOS之间的插值的物理效应。
2018-08-22 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Gravitational-Wave Asteroseismology with Fundamental Modes from Compact Binary Inspirals
来自双星中子星（NS）螺旋GW 170817的引力波（GWs）的首次探测为探测宇宙中其他地方无法到达的超核密度物质的基本性质开辟了一条独特的通道。这一观察产生了第一个约束的状态方程（EoS）的NS物质从GW的潮汐相互作用的印记。GW中的潮汐信号来自于物质对象对来自其双星同伴的时空曲率的响应。它们主要取决于EoS，主要由潮汐变形参数$Λ_{\ell}$表征，其中$\ell=2,3$分别表示四极和八极。随着双星系统向合并方向发展，当轨道频率接近与恒星内部振荡模式共振时，额外的动力学潮汐效应变得重要。在这些模式中，基本（$f_\ell$ -）模式具有最强的潮汐耦合，并且即使共振没有被完全激发，也可以在GW信号中产生累积印记。在这里，我们提出了第一个直接约束的基本振荡模式频率为GW 170817使用inspiral GW相位模型与$f$模式频率的显式依赖，而不假设之间的任何关系$f_\ell$和$Λ_\ell$。我们排除了$f_\ell$的非常小的值，并且对于较大的同伴，确定了在90\%可信区间（CI）处的$\geq 1.39$ kHz（$\geq 1.86$ kHz）的$f_2$ -模式（$f_3$ -模式）频率的下限。然后我们表明，未来GW探测器的网络将能够测量仅距螺旋数十Hz以内的$f$模式频率。这种精密的天文地震学将使基础物理学和致密双星的性质的新测试成为可能。
2019-05-02 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves from single neutron stars: an advanced detector era survey
随着新的引力波天文学的大门开始打开，这篇评论提供了一个最重要的物理机制，可能导致潜在的可检测的引力辐射从孤立和吸积中子星的排放最新的调查。特别是，我们讨论了引力波驱动的不稳定性和asteroseismology形式主义的f-和r-模式，不同的方式，中子星可以形成和维持非轴对称的四极“山”变形，激发振荡期间磁星耀斑和可能的引力波签名脉冲星故障。我们重点介绍了近年来在每个主题中取得的进展，对每个机制的引力波可探测性进行了新的评估，最后指出了未来工作的关键问题和需要解决的问题。
2018-03-14 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Axial quasi-normal modes of neutron stars in $R^2$ gravity
本文用大量的状态方程研究了$f(R)$引力场中中子星的轴向准简正模。数值计算是使用两种不同的方法-执行时间演化的扰动方程和求解的时间无关的表示方程作为一个边值问题。结果表明，与纯广义相对论情形相比，该理论的模态频率和阻尼时间随自由参数的增大而减小。虽然频率明显偏离爱因斯坦理论的所有现实中子星质量（说以上$1M_\odot$），阻尼时间达到不可忽略的差异，只有更大的质量模型。我们还建立了包含频率和阻尼时间的普适（状态方程无关）引力波星震学关系。结果表明，使用与纯广义相对论相同的归一化，状态方程的独立性得以保持，并且对于$f(R)$引力中的自由参数的大值，与爱因斯坦引力理论的唯象关系的定性差异可能很大。
2018-04-11 astro-ph.HE gr-qc
Fast Rotating Relativistic Stars: Spectra and Stability without Approximation
我们利用广义相对论中的微扰理论研究了相对论性恒星的振荡和不稳定性，并考虑了动态时空的贡献。我们提出的振荡谱以及长期CFS不稳定性的中子星的发病临界值，并提出引力波星震学的普遍关系，这可能有助于约束中子星半径和/或核物质状态方程。这些结果与中子星生命中的所有阶段都有关，尤其是与双星合并后的新生或残余天体有关。
2020-09-10 gr-qc
Towards asteroseismology of core-collapse supernovae with gravitational-wave observations - II. Spacetime perturbations
地面上先进的引力波（GW）探测器的改进可能会在不久的将来观测到附近核心坍缩超新星的GW信号。对于最常见类型的祖星，可能是缓慢旋转的核心，占主导地位的GW发射机制是原中子星（PNS）爆炸前的反弹后振荡。本文提出了一种新的方法来计算包含时空微扰的广义相对论中PNS和停滞吸积激波形成的系统的本征模。新方法改进了以往的结果，占扰动的推移函数和共形因子。我们将我们的分析应用于两个数值核心崩溃模拟，并表明我们改进的方法能够获得本征频率，准确地匹配GW信号中观察到的特征，并预测准径向振荡的定性行为。我们的分析是可能的，这要归功于一种新开发的算法，将计算出的本征模分类为不同的类别（f-，p-和g-模式），改善了以前的结果，这些结果都存在误分类问题。我们发现，大部分的GW能量存储在最低阶本征模，特别是在$^2g_1$模式和$^2f$模式。我们的研究结果还表明，在以前的作品中归因于特征频率的站立吸积冲击不稳定性的GW信号的低频分量应被确定为基本的四极f-模式。我们还开发了一种形式主义，以估计的贡献准径向（$l=0$）模式的GW发射的四极分量的情况下，变形的背景下，应用到快速旋转的核心。这一工作为核坍缩超新星的星震学研究和基于GW观测的PNS性质推断提供了进一步的支持。
2018-06-29 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Gravitational waves from isolated neutron stars
中子星内部是极端环境下高密度物理学的奇妙实验室。然而，用标准的电磁观测来探测这个系统是一项具有挑战性的工作，因为辐射往往会被外层和星际介质散射。另一方面，引力波虽然难以探测，但与物质的相互作用很弱，很可能带有恒星高密度内部的清晰印记。特别是，来自孤立中子星的长寿命（即“连续”）信号可以携带变形的特征，可能在核心的晶体外来层中，或者允许研究振荡模式，从而对中子星内部进行引力波星震学。在这篇文章中，我们将回顾目前的连续引力波发射的理论模型，和观测的限制，电磁和引力。最后，我们将讨论未来观测的可能性。
2021-04-07 gr-qc
Gravitational Wave asteroseismology revisited
本文用最近提出的描述超核密度物质的状态方程计算了中子星非径向振荡的频率和阻尼时间。这些状态方程是在两种不同的方法，非相对论核多体理论和相对论平均场论，模型强子相互作用以不同的方式导致不同的组成和动力学。由于非径向振荡与引力波的发射，我们适合的基本模式和第一压力和引力波模式（极性和轴向）的本征频率与适当的函数的质量和半径的恒星，比较的拟合，当可用时，与Andersson和Kokkovsky在1998年获得的。我们表明，识别在光谱中检测到的引力信号的尖锐脉冲对应的激发的基本模式或第一p-模式，结合知识的质量的恒星-唯一可观察到的，我们可能有可靠的信息-将允许获得有趣的信息的组成的内核。我们进一步讨论这些信号的引力探测器的可探测性。
2004-07-26 astro-ph gr-qc
Torsional oscillations of magnetized neutron stars with mixed poloidal-toroidal fields
在迄今为止观测到的三个软伽马射线中继器巨型耀斑中发现的准周期振荡被解释为恒星磁场剧烈重排后的星震引起的地壳振荡。基于这些观测结果，我们研究了磁场几何形状对磁化中子星扭转振荡频率的影响。我们使用现实的列表状态方程的核心和地壳的恒星和模型的磁场作为一个偶极子加上一个环形组件，使用相对论的梯度Shafranov方程。扭转模态的频率是由Cowling近似下的线性摄动方程所构成的特征值问题的数值解得到的。我们的研究结果表明，这些恒星的星震学变得复杂的退化的频率，由于大的相关参数空间。然而，我们能够提出一个可测试的方案，其中的磁场的重新排列导致的频率的演变。最后，我们发现，有一个磁场配置，最大化的能量在扰动的线性顺序，这可能与触发的巨大耀斑。
2019-09-12 astro-ph.HE gr-qc
Neutron-star seismology with realistic, finite-temperature nuclear matter
本文探讨了三参数有限温度核物质模型在中子星振荡计算中的实现，发现核物质的熵和组成梯度会产生浮力g-mode振荡，并揭示了由相变引起的扰动。
2025-04-10 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
Fast Rotating Neutron Stars: Oscillations and Instabilities
在这篇综述文章中，我们介绍了我们最近关于快速旋转中子星振荡的研究的主要结果。我们推导了一组时间演化方程，用于研究广义相对论中快速旋转致密物体的非轴对称振荡，并考虑了动态时空的贡献。使用我们的代码，它具有高精度在toughlow计算费用，我们能够提取的非轴对称模式的紧凑型物体的旋转速率的开普勒极限的频率。我们提出了各种普遍的关系相结合的孤立的中子星以及合并前后的二元系统的整体性能，这些关系是独立的真实状态方程，并可能作为一个有价值的工具，引力波asteroseismology。我们还提出了一个介绍性的例子，使用贝叶斯分析。
2021-10-01 gr-qc
General relativistic treatment of $f$-mode oscillations of hyperonic stars
我们提出了一个系统的研究$f$模式振荡的中子星含有超子，扩展最近的结果内的Cowling近似线性化广义相对论。采用相对论平均场模型，我们发现Cowling近似可以高估中子星的四极$f$模频率，与线性化广义相对论模型相比，高估幅度可达30%.施加当前天体物理学的限制，我们推导出更新的经验关系的引力波星震学。超音星四极$f$模振荡的频率和阻尼时间分别为1.47 - 2.45kHz和0.13 - 0.51秒。我们的相关性研究表明，在模型的核子和超子扇区的各种参数中，核子有效质量与模式特征和中子星观测值的相关性最强。估计的可探测性的$f$模式的引力波从孤立的超子星的瞬态爆发也提供。
2022-06-21 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
Fundamental and higher-order excited modes of radial oscillation of neutron stars for various types of cold nucleonic and hyperonic matter
这篇研究论文补充了我们先前关于粘性和热导率对非旋转中子星径向振荡和弛豫影响的定性研究。在高核密度区计算了7个真实状态方程（EoS）的径向振动基频和前两个最低频率激发模随中心能量密度的变化。在内核中使用冷核子和混合核子-超子-夸克物质模型的各种类型的零温度EoS，以确定流体静力平衡态及其周围的内部结构，并研究每个EoS对非旋转中子星动力学行为的影响。我们确认的主要结果早期，相关的研究表明，基本振荡模式的频谱和绝热指数的变化在高核密度制度之间的潜在相关性。我们提供了有价值的信息，施加进一步的限制合理的一套现实的EoS模型，除了紧凑的物体的快速发展的领域的星震学的实际应用。
2020-10-01 gr-qc
Investigating the role of nuclear parameters on oscillation modes in hot Neutron Stars
该研究在广义相对论框架下系统探究核参数与热效应对热中子星性质及振荡模式的影响，明确有效核子质量的核心调控作用，验证相关普适关系对核饱和性质不敏感的结论。
2025-01-15 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
On the Inverse Spectrum Problem of Neutron Stars
在这项工作中，我们重温轴扰动的球对称和非旋转的中子星。虽然它已经成为许多研究的对象，但它仍然提供了新的见解，对于更现实的场景或研究外来紧凑物体具有潜在的兴趣，最近引起了人们的广泛关注。通过使用WKB理论，我们首先推导出一个新的Bohr-Sommerfeld规则，允许调查的准正常模式的频谱和解决的逆谱问题。波动方程的纯解析处理相当复杂，因为它需要TOV方程的解和依赖于底层时空的非平凡乌龟坐标变换。因此，我们提供了一种简单的方法来构建电位，简化了分析处理，但仍然捕捉相关的物理。近似势可用于轴向扰动谱的计算。这些结果对反问题的处理也是有用的。我们证明了这一点，通过重建整个恒星的度量的时间-时间分量，并约束在中心区域的状态方程。我们的方法还提供了一个分析解释的经验已知的asteroseismology关系，连接的基本QNM和半径的中子星与其紧凑性。
2019-01-31 gr-qc
