Investigating the I-Love-Q and w-mode Universal Relations Using Piecewise Polytropes
中子星的转动惯量($I$)、潮汐变形性($λ$,与勒夫数有关)和转动质量四极矩($Q$)之间有着紧密的关系,这几乎与冷致密物质的未知状态方程(EoS)无关。这些和类似的关系通常被称为“通用”,它们已被用于各种应用,包括分析引力波数据。我们扩展了这些研究,使用分段多方表示的致密物质,包括所谓的双子星,有第二个分支的稳定性在高中心密度。第二个分支的关系比第一个稳定分支中的关系不那么紧密,是$\sim 3$的一个因子。我们发现,两个分支上的关系变得更紧密,当我们增加的下限,最大质量的EoS考虑。我们还提出了$I$、$λ$、$Q$和基轴$w$模的复频率$ω=ω_R+iω_I$之间的新的经验关系,并发现它们与I-Love-Q关联是紧密的.
2020-10-06 astro-ph.HE gr-qc
Linear analysis of I-C-Love universal relations for neutron stars
Peking University(北京大学);Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University(北京大学科维理天文与天体物理研究所);Eberhard Karls University of Tübingen(蒂宾根大学);Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)(马克斯·普朗克引力物理研究所(爱因斯坦研究所));National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家天文台)
本文通过线性分析方法,揭示了中子星I-C和I-Love通用关系的起源,提出了对中子星引力相互作用的新理解框架。
2026-01-29 astro-ph.HE gr-qc
Analytic I-Love-C relations for realistic neutron stars
最近对中子星(NS)的射电、X射线和引力波的观测已经开始将核物质的状态方程(EoS)限制在核饱和密度之外。令人惊讶的是,存在着近似的普遍关系,连接某些大的属性的NS是不敏感的基础EoS和探测基础物理,包括核物理和引力物理的重要应用。迄今为止,缺乏对现实国家主权的普遍关系的分析工作,这可能会导致更好地理解普遍性的起源。在这里,我们专注于紧凑性(C),转动惯量(I)和潮汐变形(与勒夫数有关)之间的普遍关系,并推导出解析的,近似的I-Love-C关系。为了实现这一目标,我们构建缓慢旋转/潮汐变形NS的解决方案,从一个扩展的托尔曼VII模型,准确地描述了非旋转现实的NS解析开始,使我们能够提取的转动惯量和潮汐变形的紧凑性。我们通过将场方程展开到牛顿极限并保持在恒星紧致度的6阶来解析求解场方程。基于这些解析解,我们可以从数学上证明I-C和Love-C关系中的O(10%)EoS变化以及I-Love关系中的O(1%)变化。我们的新的解析关系更准确地同意与现实的NS(特别是I-C和Love-C的)比以往工作中推导的常数密度星的解析关系的数值结果。基于这些分析结果,我们属性的I-C和爱-C关系的普遍性的一个可能的起源的事实,即能量密度的现实NS可以近似为一个二次函数,是托尔曼VII解决方案的情况。
2020-09-24 astro-ph.HE gr-qc
I-Love-Q Relations for Neutron Stars in dynamical Chern Simons Gravity
中子星是理想的探测对象,不仅是核物理,而且是强场引力。近似的普遍关系对恒星的内部结构不敏感,存在于某些观测量中,并且在测试广义相对论时很有用,因为它们投射出状态方程中的不确定性。在广义相对论和修正的理论中,已经研究了转动惯量$(I)$、潮汐勒夫数和四极矩$(Q)$之间的一组这样的普适关系。本文研究了动力学Chern-Simons引力中的关系,这是一个很好的、宇称违反的有效场论,从多个方面扩展了以前的工作。首先,我们研究如何使用I-Love关系的理论上的投影约束依赖于测量精度的$I$与无线电观测和爱数与引力波观测。如果这些量可以用未来的观测来测量,我们发现后者可以将动力学Chern-Simons引力的界限比当前的界限强6个数量级。其次,通过构造自旋二次的慢旋转中子星解,研究了该理论中的I-Q和Q-Love关系。我们发现,近似普适性在动力学Chern-Simons引力中继续保持,而且比在广义相对论中更强,尽管它的存在依赖于理论的量纲耦合常数的归一化.最后,我们研究了恒星内部等密度线偏心率的变化及其与普适性程度的关系。我们发现,在大多数情况下,偏心率的变化是较小的动力学陈-西蒙斯引力比广义相对论,提供进一步的支持的想法,近似自相似的等密度轮廓是负责的普遍性。
2017-10-21 astro-ph.HE gr-qc
Extended I-Love relations for slowly rotating neutron stars
从螺旋中子星双星-如GW 170817-观测引力波,可以用来限制核物质状态方程的恒星潮汐变形的界限。对于慢转的中子星,对弱四极潮场的响应由四个内部结构相关的常数(称为“Love数”)表征。“潮汐勒夫数$k_2^\text{el}$和$k_2^\text{mag}$测量的是由外加场的引力电和引力磁分量引起的潮汐,而旋转潮汐勒夫数$\mathfrak{f}^\text{o}$和$\mathfrak{k}^\text{o}$测量的是由外加场和中子星自旋之间的耦合引起的潮汐。在这项工作中,我们计算这四个勒夫数的理想流体中子星与现实的状态方程。我们发现了旋潮勒夫数与转动惯量转动惯量之间(几乎)与状态方程无关的关系,从而扩展了I-Love-Q普适性的范围.我们发现,类似的关系之间的潮汐和旋转潮汐勒夫数。这些关系扩展了I-Love普适性在引力波天文学中的应用。由于我们的研究结果与文献中报道的结果不同,我们推导出后牛顿理论中旋转潮汐Love数的一般公式,并在数值上证实它们与我们在弱场极限下的广义相对论计算一致。
2018-04-02 astro-ph.HE gr-qc
Vanishing Love Numbers of Kerr-Newman Black Holes
Indian Association for the Cultivation of Science(印度科学培养协会);Sapienza Università di Roma(罗马第一大学);INFN, Sezione di Roma(意大利国家核物理研究所罗马分部);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学)
该研究利用扰动可分性突破,解析得出四维爱因斯坦-麦克斯韦理论中最一般稳态克尔-纽曼黑洞的静态潮汐响应,证明其保守爱数矩阵全为零,还计算了参考系拖曳诱导的非零静态耗散响应。
2026-10-14 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Hierarchy of Universal Relations for Neutron Stars in Terms of Multipole Moments
最近对中子星的解析和数值模型的研究表明,它们的外场可以用爱因斯坦方程的2-孤子解的四个任意参数来描述。假设是这样的情况下,我们表明,存在一个无限的层次的普遍关系的中子星的多极矩产生的一系列退化条件的一般孤子解决方案。我们对这些关系中最简单的一个的分析表明,Yagi { \it et al.}但在各向异性流体模型中,该猜想仍然成立。
2017-03-16 astro-ph.HE gr-qc
Tidal deformability and I-Love-Q relations for gravastars with polytropic thin shells
中子星模型和夸克星模型的转动惯量、自旋诱导四极矩和潮汐勒夫数通过一些关系式联系起来,这些关系式只轻微地依赖于恒星状态方程。这些“I-Love-Q”关系对天体物理学和引力波天文学有重要的意义。一个有趣的问题是,类似的关系是否适用于其他致密物体,以及它们如何接近黑洞极限。为了回答这些问题,在这里,我们调查了一大类薄壳引力星,这是外来的紧凑对象,不拥有一个事件视界,也没有时空奇点的变形特性。在小自旋小潮汐场展开下,计算了具有多变薄壳的引力星的转动惯量、四极矩和四极电性勒夫数.薄壳引力星的I-Love-Q关系与普通中子星的I-Love-Q关系截然不同。对于不太紧凑的模型,Love数和四极矩都是负值,I-Love-Q关系不断接近黑洞极限。我们考虑了各种多方状态方程的物质壳,并发现没有普遍性的I-Love-Q关系。然而,我们不能否认这样一种可能性,即类似于中子星的情况,对于有限的一类状态方程,可能出现近似的普适性。最后,我们讨论了如何测量的潮汐变形从引力波探测的紧凑的二进制inspiral可以用来约束外来紧凑的物体,如重力星。
2016-07-13 astro-ph.HE gr-qc
Rotation-dependent $I$-Love-$Q$-$δM$ relations in perturbation theory
University of the Basque Country UPV/EHU(巴斯克大学);EHU Quantum Center, University of the Basque Country UPV/EHU(巴斯克大学量子中心)
本文基于 perturbation theory,研究了 I-Love-Q-δM 关系在不同旋转条件下的应用,提出了不依赖静态质量的归一化量,从而扩展了这些关系的应用范围。
2026-06-04 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Thermal Breaking of the I-Love Universality for Hot White Dwarfs
East China Normal University(华东师范大学);Shanghai University(上海大学);University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)(中国科学院大学)
该研究用MESA构建不同温度的两类白矮星模型,发现高温会破坏I-Love普适关系,冷却可恢复,揭示了其破坏源于等密度面自相似性丧失,明确了I-Love-Q关系的适用条件。
2026-07-31 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Tidal Love numbers of a slowly spinning neutron star
通过扩展我们最近的框架来描述自旋致密天体的潮汐形变,我们首次计算了自旋中子星的潮汐Love数到角动量的线性量级.物体的自旋引入了电磁扭曲之间的耦合,并出现了新的自旋诱导(“旋转”)潮汐洛夫数。我们专注于固定的潮汐场,诱导轴对称扰动。我们提出的扰动方程为电和磁为主导的旋转爱数的通用多极子,并明确解决他们的各种列表状态方程和潮汐场的电(偶宇称)和磁(奇宇称)组件与$\ell=2,3,4$。对于一个接近合并的双星系统,潮汐场的各种分量变得相关。在这种情况下,我们发现八极磁潮汐场可以显着改变中子星的质量四极矩。初步估计,假设自旋参数$χ\approx0.05$,显示修改$\gtrsim10\%$相对于静态的情况下,在五个恒星半径的轨道距离。此外,旋转勒夫数作为转动惯量的函数,比在静态情况下更敏感的状态方程,在静态情况下,在百分比水平上存在近似的普遍关系。对于一个接近合并的中子星双星,我们估计,诱导质量四极矩的近似普适性从静态情况下的$1\%$恶化到大约$6\%$时,$χ\approx0.05$。我们的研究结果表明,自旋潮汐耦合可以引入重要的修正引力波形的自旋中子星双星接近合并。
2015-12-02 astro-ph.HE gr-qc
Approximate Universal Relations for Neutron Stars and Quark Stars
中子星和夸克星是研究超核密度和强引力场基础物理的理想实验室。然而,天体物理学的观测值强烈依赖于恒星的内部结构,由于状态方程的不确定性,目前尚不清楚。然而,在某些恒星的观测量之间存在着普遍的关系,这些观测量并不敏感地依赖于恒星的内部结构。其中一组关系是恒星的转动惯量($I$)、潮汐勒夫数(Love)和四极矩($Q$)之间的关系,即所谓的I-Love-Q关系。类似的关系也存在于恒星的多极矩中,类似于著名的黑洞无毛定理。普适关系打破了天体物理学观测量之间的简并性,导致了各种应用:(i)核物质状态方程的X射线测量,(ii)吸入致密物体的内在自旋的引力波测量,以及(iii)独立于状态方程的广义相对论的引力和天体物理学测试。我们在这里回顾一下宇宙关系是如何产生的,以及迄今为止已经设计出来的所有应用。
2023-03-24 astro-ph.HE gr-qc
Neutron Stars, Ungravity, and the I-Love-Q relation
本文在无引力模型下研究了中子星。我们研究了UG对所选NS的静态特性的影响,在不同的质量和半径范围内,即,微型,中型和重型NS,使用多方状态方程的方法。基于观测数据,我们得到了UG模型的特征长度和尺度维数的界。此外,我们还得到了在外部引力场和非引力场存在下慢转NS的动力学性质,如惯性矩(I)、Love数(Love)和四极矩(Q)。UG模型也检查相对于I-Love-Q普遍关系。
2017-10-23 astro-ph.HE gr-qc
I-Love-Q Relations in Neutron Stars and their Applications to Astrophysics, Gravitational Waves and Fundamental Physics
一个缓慢旋转的中子星的外部引力场可以用它的多极矩来表征,前几个是中子星的质量、转动惯量和四极矩,四极矩是自旋的二次方。原则上,所有这些量都取决于中子星的内部结构,因此,取决于超核能密度下未知的核物理。在这里,我们发现之间的关系转动惯量,勒夫数和四极矩(I-Love-Q关系),并不敏感地依赖于中子星的内部结构。这些I-Love-Q关系产生了三个重要的结果。在观测天体物理学方面,测量I-Love-Q三人组中的一个成员将自动提供关于其他两个成员的信息,即使后者可能无法观测到。在引力波阵面上,I-Love-Q关系打破了四极矩和中子星自旋之间的简并,使第二代地面探测器能够在足够大的信噪比探测下确定(无量纲)平均自旋为$\mathcal{O}(10)%$。在基础物理学方面,I-Love-Q关系允许在中子星强场中检验广义相对论,这既与理论无关,也与内部结构无关。作为一个例子,通过结合引力波和电磁观测,人们可以在未来将动力学陈-西蒙斯引力约束比太阳系和桌面约束严格6个数量级以上。
2017-11-30 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
I-Love-Q Relations: From Compact Stars to Black Holes
与致密星相关的大多数观测量之间的关系,例如中子星或夸克星的质量和半径,通常强烈依赖于它们未知的内部结构。然而,I-Love-Q关系(转动惯量、潮汐变形能力和四极矩之间)对这种结构近似不敏感。这些关系式对于广义相对论中的静止黑洞是精确的,如无毛定理所示。在本文中,我们采取的第一步,研究如何近似的I-Love-Q关系成为精确的限制紧凑的恒星成为黑洞。要做到这一点,我们考虑一个玩具模型,即各向异性压力的不可压缩恒星,这使我们能够模拟一个平衡序列的恒星与他们的紧凑性接近黑洞限制任意密切。我们提取的I-Love-Q三重奏数字构造这样一个序列的慢旋转和小潮近似。我们发现I-Love-Q关系以非平凡的方式接近黑洞极限,四极矩和潮汐变形能力随着紧致度和各向异性量的增加而改变符号.推广马克劳林球体各向异性的恒星,我们表明,多极矩也改变了牛顿极限的各向异性量的增加。在强各向异性极限下,当紧度达到黑洞值时,恒星的转动惯量达到黑洞极限。然而,通过一系列各向异性的恒星来模拟黑洞极限,在考虑其他引力理论时就失败了。我们计算了宇称违反修正理论中的标量偶极电荷和转动惯量,发现当各向异性恒星序列接近黑洞极限时,这些量并不趋向于它们对应的黑洞.
2016-05-26 astro-ph.HE gr-qc
Revisiting the $I$-Love-$Q$ relations for superfluid neutron stars
本文在 Hartle-Thorne 形式体系下研究了旋转超流中子星的潮汐问题,通过修正双流体微扰匹配理论考虑边界非零能量密度,提出了包含二阶质量贡献的扩展 $I$-Love-$Q$ 普适关系。
2023-11-22 astro-ph.HE gr-qc
Breaking bad degeneracies with Love relations: Improving gravitational-wave measurements through universal relations
距离倾斜简并限制了紧双星合并的引力波参数估计。虽然简并可以通过包含高阶模或进动而部分打破,但这些效应在双中子星中被抑制。在这项工作中,我们实现了一个新的参数化的潮汐效应的二进制中子星波形,利用二进制的爱的关系,打破了距离倾斜简并。二元Love关系以状态方程不敏感的方式将中子星的潮汐变形能力描述为中子星源系质量的函数,从而可以直接测量中子星源的红移。如果假设宇宙学参数是已知的,红移可以转换为光度距离,距离倾斜简并可以因此被打破。我们实现了这种新的方法,研究了一系列的二元中子星观测方案,使用贝叶斯参数估计的合成数据。在第三代探测器时代,对于信噪比范围从6到167的观测,我们预测距离和倾角的$90\%$可信区间的$\sim70\%$减少到$\sim70\%$,源框架分量质量的$\sim50\%$减少到$\sim50\%$。对于边缘上的系统,我们的方法可以导致适度的($\sim50\%$)改善测量的距离和倾角的二进制与信噪比低至10。这个公式可以用来更好地推断源坐标系的质量,从而改进中子星的布居特性,如它们的最大质量,影响核天体物理。当结合搜索电磁对应的观测,这里提出的工作可以用来把改进的界限喷流从双中子星合并的开口角。
2023-02-09 astro-ph.HE gr-qc
I-Love-Q anisotropically: Universal relations for compact stars with scalar pressure anisotropy
本文研究压力各向异性对致密星I-Love-Q普适关系的影响,发现其影响微弱,关系仍保持约10%的普适性,不影响引力波和实验相对论应用,但可能影响X射线观测。
2024-07-22 astro-ph.HE gr-qc
Tidal Love Numbers of Kerr Black Holes
克尔黑洞是否会发生潮汐形变,这个悬而未决的问题对基础物理学和引力波天文学有着深远的影响。我们考虑一个克尔黑洞嵌入在一个弱的和缓慢变化的,但在其他方面任意,多极潮汐环境。通过求解规范不变Weyl标量$ψ_0$的静态Teukolsky方程,并通过重构入射辐射规范中相应的度规扰动,对一般的调和指数$\ell$,计算了Kerr黑洞对潮汐场的线性响应.对于史瓦西黑洞和旋转黑洞的轴对称扰动,这种线性响应完全消失。然而,对于自旋黑洞的非轴对称扰动,线性响应并不消失,它对扰动克尔几何的Geroch-Hansen多极矩有贡献。作为应用,我们明确地计算了在黑洞自旋中将诱导四极矩耦合到四极潮汐场的旋转黑洞潮汐Love数,并引入了相应的潮汐Love张量的概念.最后,我们表明,这些诱导的四极矩是密切相关的著名的物理现象的潮汐扭矩的旋转体与潮汐引力环境的相互作用。
2021-04-01 astro-ph.HE gr-qc hep-th
$I$-Love-$Q$, and $δM$ too: The role of the mass in universal relations of compact stars
本文研究了旋转中子星$I$-Love-$Q$关系中归一化质量参数$M_0$的非观测性带来的问题,通过引入与质量差$M_S-M_0$成正比的第四个参数$δM$构建扩展版普适关系,分析了该扩展关系对致密星性质和状态方程参数推断精度的提升。
2024-07-29 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Multipolar universal relations between f-mode frequency and tidal deformability of compact stars
虽然致密星的单个恒星参数通常表现出明显的状态方程(EOS)的依赖性,EOS不敏感的通用公式,这些参数显着存在。本文探讨了Lau,Leung提出的两个公式之间的相互关系,即联系$f$模式四极振荡频率$ω_2$和转动惯量$I$的$f$-$I$关系,以及联系$I$、四极潮汐变形性$λ_2$和四极矩$Q$的$I$-Love- $Q$关系,林(Astrophys)J. { \bf 714},1234(2010)]和Yagi和Yunes [Science { \bf 341},365(2013)]中所述。本文揭示了具有相同角动量$l=2,3,\ldots$的$ω_l$和$λ_l$之间的相对论普适关系,即所谓的“对角$f$ -Love关系”,它适用于实际的致密星和刚性多变星。进一步深入研究了牛顿极限的物理机制,得到了统一的$f$ - $I$ -Love关系.我们得出的结论是,这些EOS不敏感的公式源于一个共同的物理起源-紧凑型恒星可以被认为是quasiincompressable时,他们的反应缓慢的时间变化引入的$f$模式振荡,潮汐力和旋转。
2015-01-13 astro-ph.HE gr-qc
Improved Analytic Love-C Relations for Neutron Stars
本文推导了两个改进且可直接使用的中子星Love-C关系解析表达式,分别基于牛顿多方球和Tolman VII模型,发现基于牛顿多方球的模型在描述现实中子星时更准确。
2025-01-29 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves and higher dimensions: Love numbers and Kaluza-Klein excitations
引力波(GW)观测提供了大量关于黑洞的性质和特性的信息。其中,潮汐勒夫数或多极时刻的吸气和最后的对象是关键的一些约束。在这里,我们考虑在高维场景的背景下,与平坦的大额外维度的这些意见。我们表明,-正如预期的那样,但并不总是在文献中赞赏-物理动机的设置不受引力波数据的约束。不激发Kaluza-Klein(KK)模的动力学过程导致与真空中的四维广义相对论相同的信号。此外,相对于占主导地位的四极项,KK模的任何可能的激发都被高度抑制;考虑到引力波观测中看到的物体的额外维度和质量的现有限制,KK模出现在后牛顿阶$\sim 10^{11}$。最后,我们重新计算了高维球形黑洞的潮汐Love数。我们确认这些都不同于零,但与以前的计算相比,我们发现一个不同的大小和符号。
2019-12-06 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Symmetries of Vanishing Nonlinear Love Numbers of Schwarzschild Black Holes
本研究证明静态宇称偶潮汐场诱导的黑洞潮汐响应在所有多极矩和微扰阶数下均为零,通过外尔解维数约化和点粒子有效场论揭示其非线性洛夫数消失的对称性,包括$\frak{sl}(2,\bb{R})$阶梯对称性与格罗赫群的联系。
2025-04-18 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Effectively universal behavior of rotating neutron stars in general relativity makes them even simpler than their Newtonian counterparts
最近的研究表明,缓慢旋转的中子星在它们的转动惯量$I$、四极矩$Q$和潮汐形变勒夫数$λ$(I-Love-Q关系)之间表现出一种有趣的相关性,与致密天体的状态方程无关。在目前的工作中,一个类似的,更普遍的,普遍性被证明适用于所有旋转的中子星在广义相对论;中子星的前四个多极矩是相关的方式独立于我们假设的核物质状态方程。利用这个关系,即使我们不知道精确的状态方程,我们也可以用更少的参数相当精确地描述中子星周围的几何形状。此外,中子星所表现出的这种普遍行为,可以将它们提升为更有希望的候选者(仅次于黑洞),以检验引力理论。
2014-03-05 astro-ph.HE gr-qc
I-Love-Q Relations for Realistic White Dwarfs
星载引力波干涉仪LISA预计将探测到来自众多双星白矮星的信号。在小的轨道分离,快速旋转和大的潮汐隆起可能允许恒星的内部结构,通过这样的观测来探测。电子大小效应以转动惯量($I$)、潮汐勒夫数(Love)和四极矩($Q$)等量进行编码。它们之间的普适关系(I-Love-Q关系)可以用来减少引力波模板中的参数数目。我们在这里研究I-Love-Q的关系更现实的白矮星模型比以前的研究中使用的。特别是,我们扩展了以前的工作,包括(i)差分旋转和(ii)内部温度分布从详细的恒星演化计算。我们使用公开可用的恒星演化代码MESA生成低质量和高质量白矮星的冷却模型。我们表明,差分旋转导致的I-Q关系(和类似的洛夫-Q关系)偏离恒定旋转。我们还发现,有限温度的引入导致白矮星沿着I-Q值的零温度质量序列移动,向暗示较低质量的值移动。我们进一步发现,在几个百万年后,高质量的白矮星是很好的零温度模型的描述,这表明与零温度的关系可能是足够好的,在大多数实际情况下。低质量、氦核的白矮星有较厚的氢包层,可能会经历长时间的氢燃烧,维持恒星温度,并允许偏离I-Love-Q关系更长的时间。
2019-12-19 astro-ph.HE gr-qc
Inferring neutron-star Love-Q relations from gravitational waves in the hierarchical Bayesian framework
Peking University(北京大学);Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University(北京大学科维理天文与天体物理研究所);National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家天文台)
采用分层贝叶斯框架,结合多个模拟引力波事件,验证了中子星无量纲潮汐变形率与四极矩之间的线性关系,并利用该关系约束修正引力理论的特征长度。
2026-04-17 astro-ph.HE gr-qc
Investigating the impact of quasi-universal relations on neutron star constraints in third-generation detectors
Universität Potsdam(波茨坦大学);Universidade Estadual da Região Tocantina do Maranhão, UEMASUL(马拉尼昂州托坎廷斯地区州立大学);Universidade Federal do Maranhão(马拉尼昂联邦大学);Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)(马克斯·普朗克引力物理研究所(爱因斯坦研究所))
研究准普遍关系对第三代探测器中中子星约束的影响,发现不同关系在快速旋转系统和次主导参数中引入偏差,需谨慎处理以避免物态方程测量偏差。
2026-02-16 astro-ph.HE gr-qc
I-Love-Q relations for a gravastar and the approach to the black-hole limit
中子星和夸克星的多极矩和潮汐勒夫数满足一定的关系,这些关系对恒星的内部结构几乎不敏感。一个自然的问题是,对于不同的致密天体,是否也存在同样的关系,以及它们如何接近黑洞极限。在这里,我们考虑“重力恒星”,这是假设的紧凑的物体维持其内部真空能量。这种解被认为是黑洞范式的另类替代方案,因为它们可以像黑洞一样紧凑,并且存在于任何质量范围内。通过构造缓慢旋转的薄壳引力星的自旋二次阶,我们计算的转动惯量$I$,质量四极矩$Q$,和潮汐勒夫数$λ$的精确形式。引力星的$I$ - $λ$ - $Q$关系与普通致密星的$I$-$λ$-$Q$关系显著不同,但黑洞极限是连续的,即当致密性最大时,这些量接近它们的克尔对应量。因此,这样的关系可以用来区分引力星和普通的致密星,但不能打破黑洞的简并性。基于这些结果,我们推测,完整的多极结构和潮汐变形的自旋,超紧引力星是相同的克尔黑洞。接近黑洞极限的方法是非多项式的,因此不同于最近发现的强各向异性中子星的临界行为。
2017-01-21 astro-ph.HE gr-qc hep-th
I-Love-Q Relations of Fermion-Boson Stars
本研究将中子星的I-Love-Q普适关系扩展到含暗物质的费米子-玻色子星,发现暗物质参数显著影响偏离程度,并给出玻色子质量上限。
2025-05-07 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Testing universal relations of neutron stars with a nonlinear matter-gravity coupling theory
由于我们对核密度以外的物态方程的无知,中子星至今还没有一个统一的理论模型。因此,令人惊讶的是,可以存在连接中子星的不同物理量的普遍的与EOS无关的关系。Lau等人[ApJ,714,1234(2010)]发现,$f$模式振荡的频率、质量和转动惯量通过普适关系连接。最近,Yagi和Yunes [Science,341,365(2013)]发现了质量、转动惯量、Love数和四极矩之间的I-Love-Q普适关系。在本文中,我们研究这些普遍的关系在Eddington启发Born-Infeld(EiBI)引力。这个理论与广义相对论(GR)的区别仅在于高密度时,这是由于物质和引力之间的非线性耦合。因此,它为我们提供了一个理想的情况下,以测试如何鲁棒性的普遍关系的NS相对于引力理论的变化。由于Delsate和Steinhoff最近开发的EiBI引力的表观EOS公式[Phys. Rev. Lett.,109,021101(2012)],我们能够使用与GR中相同的技术来研究EiBI引力中的普适关系。我们发现EiBI引力中的普适关系与GR中的普适关系基本相同。我们的工作表明,在当前可行的耦合常数内,至少存在一种修正的引力理论,它与GR在意想不到的普适关系上是不可区分的。
2014-01-13 astro-ph.HE gr-qc
Frequency deviations in universal relations of isolated neutron stars and postmerger remnants
我们将孤立非旋转中子星的基本四极流体模与中子星合并残余物的主振荡频率联系起来。这两个频率分别与某些恒星的参数,如半径或潮汐变形,我们进一步调查,通过构建拟合公式和量化的数据点的分散从这些关系。此外,我们还比较了单个数据点如何偏离所有数据点的相应拟合。考虑到这种点到点的分散,我们发现孤立的NS和振荡频率的快速旋转,热,大规模的合并残留物的扰动数据的频率偏差之间的惊人的相似性。这些非常不同的恒星系统中频率偏差的对应关系指向一个潜在的机制和编码在频率偏差中的EoS信息。我们跟踪的频率散射回的潮汐勒夫数的偏差,从一个平均潮汐勒夫数为一个给定的恒星的紧凑性。因此,我们的结果表明,有可能打破NS半径,潮汐变形和潮汐勒夫数之间的简并。我们还涉及到频率偏差的潮汐变形的导数相对于质量。我们的研究结果一般突出了一种可能性,以改善GW asteroseismology的关系,系统的频率偏差的行为,以减少这种关系的分散,从而提高测量精度。此外,我们还将静态恒星的f模频率与合并残余物的主导GW频率联系起来。我们发现一个解析映射连接的质量恒星系统,这产生特别准确的质量独立的关系,两个频率之间的合并后的频率和潮汐变形。
2021-09-09 astro-ph.HE gr-qc
Improved Universality in the Neutron Star Three-Hair Relations
最近发现中子星外部引力场的多极矩之间的无毛关系与恒星的内部结构几乎无关。这种近似的状态方程普适性是在对多极矩进行适当的无量纲化之后产生的,这就引出了一个问题:是否有更好的方法来对矩进行无量纲化以获得更强的普适性。在这里,我们研究这个问题的详细考虑慢旋转的中子星在非相对论的限制,并在充分的广义相对论。我们发现,中子星的转动惯量与四极矩、八极矩和十六极矩的关系存在归一化,从而具有更强的物态方程普适性。我们确定最佳的归一化,最大限度地减少这些关系中的状态方程的依赖。本文的结果可应用于用NICER和LOFT模拟毫秒级射电星的X射线脉冲和原子谱线轮廓。
2015-04-09 astro-ph.HE gr-qc
Binary Love Relations
当处于紧密双星系统中时,中子星的相互潮汐变形会印刻在观测值上,编码它们在超核密度和极端重力状态下的内部结构信息。对它们的晚期双星内旋的引力波观测可以作为提取单个潮汐形变的工具,但在引力波模型中它们之间的简并使得这变得困难。我们在这里解决这个问题,发现近似普遍的关系,无量纲的组合的个人潮汐变形。我们表明,这些关系打破退化的引力波模型,允许两个变形的准确提取。这样的测量可以用来更好地区分状态方程模型,并改善广义相对论和宇宙学的测试。
2016-06-09 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Tidal deformations of a spinning compact object
由扰动潮汐场引起的致密物体的变形性被编码在潮汐勒夫数中,它明显地依赖于物体的内部结构。这些数字仅适用于静态的球对称物体。作为计算旋转致密星的潮汐Love数的第一步,在这里,我们扩展了强大的微扰技术来计算旋转物体的外部几何形状的轴对称潮汐场扭曲到二阶角动量。物体的自旋引入了电变形和磁变形之间的耦合,并出现了新的诱导洛夫数。例如,一个自旋的物体在四极潮汐电场中可以获得一定的质量、自旋、四极矩、八极矩和十六极矩。变形被编码在一组非齐次微分方程中,值得注意的是,可以在真空中解析求解。我们讨论了某些微妙的定义多极矩的中心对象,这是由于难以分离的潮汐场的线性响应的对象中的解决方案。通过扩展标准的方法来确定静态情况下的线性响应,我们解析地证明了Kerr黑洞的Love数在自旋中保持零到二阶.作为一个副产品,我们提供了一个缓慢旋转,潮汐变形克尔黑洞的显式形式的二次自旋,并讨论其测地线和几何性质。
2015-06-30 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
The broadening of universal relations at the birth and death of a neutron star
本文研究了普遍关系在原中子星和超质量中子星动态场景中的适用性,发现 I-Love-Q 和 f-Love 关系对原中子星近似成立,而超质量中子星的峰值频率与紧致度关系偏离普遍 f-C 关系 70-80%。
2024-02-16 astro-ph.HE gr-qc
Dark I-Love-Q
本文证明I-Love-Q普遍关系不仅适用于中子星,也适用于玻色子或费米子暗星,可扩展至更高变量范围并澄清文献偏差,且在具有标度对称性的状态方程中调整参数时曲线不变。
2025-02-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
$I-$Love$-C$ relation for an anisotropic neutron star
最常见的假设之一是恒星内部的压力本质上是各向同性的。然而,压力在本质上是局部各向异性的,这是更现实的情况。在这项研究中,我们研究了各向异性中子星的标量压力各向异性模型的某些性质。用相对论平均场模型状态方程(EOSs)测试了恒星内部不同的理想流体条件。计算了各向异性中子星的质量($M$)、半径($R$)、紧致度($C$)、勒夫数($k_2$)、无因次潮汐形变($Λ$)和转动惯量($I$)等性质。除了$k_2$和$Λ$之外,上述量的大小随着各向异性的正(负)值而增加(减小)。普适关系$I-$ Love $-C$用从相对论到非相对论的几乎58个EOS跨度计算。我们观察到,当我们包括各向异性时,它们之间的关系变得更弱。利用GW 170817潮汐变形极限和不同方法的半径约束,我们发现,如果使用BL模型,各向异性参数小于1.0。利用GW 170817给出的普适关系和潮汐变形性的界限,我们给出了各向同性星的正则半径$R_{1.4}=10.74_{-1.36}^{+1.84}$ km和转动惯量$I_{1.4} = 1.77_{-0.09}^{+0.17}\times10^{45}$ g cm $^2$的理论极限,置信限为90%.类似地,对于具有$λ_{\rm BL}=1.0$的各向异性星,其值分别为$R_{1.4}=11.74_{-1.54}^{+2.11}$ km,$I_{1.4} = 2.40…
2022-11-17 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
Resummation of Universal Tails in Gravitational Waveforms
Center for Theoretical Physics, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院理论物理中心);The NSF AI Institute for Artificial Intelligence and Fundamental Interactions(美国国家科学基金会人工智能基础相互作用研究所);Department of Physics, Princeton University(普林斯顿大学物理系);Institut des Hautes Études Scientifiques(高等科学研究所)
本文通过有效场论方法推导了引力源多极矩的通用异常缩放公式,并提出了一种新的方法重新求和二元系统引力波形中的通用短距离对数('尾部')以改进引力波实验信号建模。
2026-04-07 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Moment of inertia, quadrupole moment, Love number of neutron star and their relations with strange matter equations of state
研究了含$Λ$超子、$K^-$介子的玻色-爱因斯坦凝聚体和一级强子-夸克相变的奇异物质状态方程对慢转中子星的转动惯量、四极矩和潮汐形变参数的影响.所有这些状态方程都与2 M $_{solar}$约束兼容。研究的主要结果是I-Q和I-Love数关系的普适性,这些普适性在包含$Λ$超子和反K介子凝聚的Eos中得以保持,但在一阶强子-夸克相变中被打破.此外,还指出,四极矩接近最大质量中子星的黑洞的克尔值。
2017-12-05 astro-ph.HE
Detecting resonant tidal excitations of Rossby modes in coalescing neutron-star binaries with third-generation gravitational-wave detectors
旋转中子星的Rossby模(r模)可以被合并双星系统中的重磁力激发。Flanagan和Racine [Phys. Rev. D 75,044001(2007)]的先前研究表明,这种动力学潮汐(DT)可以在引力波形上引起0.1 rad的相移,这可以通过第三代(3G)探测器检测到。在本文中,我们研究了在3G探测器时代,这种DT对测量中子星参数的影响。本文引入了两种不同状态方程预言的中子星性质之间的普遍关系:(i)惯性动量与(f-模)潮汐Love数之间的I-Love关系;(ii)r-模重叠与潮汐Love数之间的关系。我们发现,r模DT将提供丰富的信息,慢旋转中子星的频率范围从10到100赫兹。对于一个中子星双星系统(在宇宙探测器中的信噪比约为1500),在最好的情况下,每个单独的中子星的自旋频率可以被限制在6%(分数误差)。单个中子星的勒夫数之间的简并度被显著降低:每个勒夫数在最好的情况下可以被限制在20%左右,而对称和反对称勒夫数的分数误差都被降低了约300倍。此外,DT还允许我们测量中子星的自旋倾角,在最好的情况下为0.09 rad,从而对NS natal kicks和超新星爆炸模型施加限制。除了参数估计,我们还开发了一种半解析方法,准确地描述了由于DT而产生的二元演化的详细特征。
2021-03-15 astro-ph.HE gr-qc
I-Love-Q, Spontaneously: Slowly Rotating Neutron Stars in Scalar-Tensor Theories
我们通过将经典的Hartle-Thorne形式主义扩展到一般的标量张量引力理论,构建了缓慢旋转的理想流体中子星模型。在无量纲角动量的二阶下,我们计算了质量M,半径R,标量电荷q,转动惯量I和自旋诱导四极矩Q,以及潮汐和旋转Love数。我们的形式主义适用于一般的标量张量理论,但我们特别关注的理论,允许自发标量化。最近发现,转动惯量、四极矩和勒夫数通过近似万有(即,状态方程独立)“I-Love-Q”关系。我们发现,类似的关系也适用于自发标度化的恒星。更有趣的是,标量张量理论中的I-Love-Q关系与广义相对论的I-Love-Q关系在不到百分之几的范围内重合,即使是对于当前脉冲双星约束所允许的最大耦合的自发标量化恒星。这意味着这些参数的天体物理测量不能用来区分广义相对论和标量张量理论,即使自发标量化发生在自然界中。由于f(R)理论与标量张量理论之间的等价性,本文所建立的理论框架可以用来构造f(R)引力下的旋转致密恒星模型。我们的慢旋转膨胀也可以作为一个基准的快速旋转的中子星的一般标量张量理论的数值计算。
2014-07-13 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Rapidly rotating neutron stars with a massive scalar field - structure and universal relations
我们在标量张量理论中构造了一个有质量标量场的快速旋转中子星模型。标量场具有非零质量的事实导致了非常有趣的结果,因为耦合参数的允许值范围显著加宽。这些偏离纯广义相对论的参数值与观测值一致时,可能会非常大。与静态情况相比,快速旋转可以将差异放大数倍。研究了慢转和快转情况下归一化转动惯量与四极矩之间的普遍关系。结果表明,这些关系式在很大程度上仍然与物态方程无关,并且与纯广义相对论的偏差可能很大。这使得大量标量-张量理论成为少数几个可以通过普适的$I$ -Love- $Q$关系检验的引力理论之一。
2016-07-12 astro-ph.HE gr-qc
Universal Relations for Neutron Stars from Asymptotic Analysis
The University of Tokyo(东京大学)
该研究通过渐近分析从恒星结构方程推导中子星的I–Love–Q和Love–C普适关系,明确其仅依赖三个参数,解释了普适性的起源及偏差的百分级精度,还将该方法推广至其他系统。
2026-08-21 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
One Membrane to Love them all: Tidal deformations of compact objects from the membrane paradigm
本文基于膜范式开发了与模型无关的框架,用粘性系数描述致密天体潮汐性质,推导了非旋转球对称天体潮汐Love数的一般结果,并发现中子星膜剪切粘性系数的准普适关系。
2025-06-25 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Theoretical modeling of approximate universality of tidally deformed neutron stars
本文提出一种扩展Tolman VII解的半解析相对论恒星内部模型,从理论上研究了中子星潮汐形变率的近似普适性,发现其源于低可压缩性,并验证了I-Love关系。
2025-07-14 astro-ph.HE gr-qc nucl-ex
Gravitational Raman Scattering in Effective Field Theory: a Scalar Tidal Matching at $\mathcal{O}(G^3)$
本研究在世界线有效场论框架下提出计算引力类拉曼散射振幅的方法,算出含潮汐效应的第三后闵可夫斯基阶标量散射相移,揭示动力学勒夫数经典重整化群流的两个来源,验证黑洞情形下与广义相对论的一致性并完成领头阶标量动力学勒夫数匹配,为高阶计算奠定基础。
2025-02-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Testing strong-field gravity with tidal Love numbers
潮汐勒夫数(TLN)描述了自引力物体在潮汐环境中的变形能力,它与物体的内部结构和引力场的动力学特性密切相关。经典广义相对论的一个有趣结果是黑洞的TLN消失了。我们以三种方式扩展了这一结果,旨在测试紧凑对象的性质:(i)我们计算了奇异紧凑对象的TLN,包括不同的玻色子星,引力星,虫洞和其他玩具模型在视界尺度上的量子校正。在黑洞的极限,我们发现一个普遍的对数依赖的TLN的表面的位置;(ii)我们计算TLN的黑洞超越真空广义相对论,包括爱因斯坦-麦克斯韦,Brans-迪克和陈-西蒙斯重力;(iii)我们评估的能力,现在和未来的引力波探测器来测量TLN的这些对象,包括第一次分析TLN与LISA。LIGO、ET和LISA都可以对玻色子星施加有趣的约束,而LISA甚至能够探测非常紧凑的物体。我们认为,TLN提供了一个新的物理在视界尺度的吸烟枪,并在一个双螺旋TLN的未来引力波测量提供了一种新的方式来测试黑洞和广义相对论在强场制度。
2017-04-12 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Tidal Response of Compact Objects
Indian Association for the Cultivation of Science(印度科学培养协会);Sapienza Università di Roma(罗马第一大学);INFN Roma(罗马国家核物理研究所)
本文综述了黑洞、中子星及奇异致密天体的潮汐响应,探讨了爱因斯坦理论偏离检测、核物态约束及引力波天文应用。
2026-04-09 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Proto-neutron stars with heavy baryons and universal relations
本文利用协变密度泛函理论得到了非零温度下致密星物质的物态方程,包括完整的重子八重态和$Δ(1232)$共振态。本文计算了在每重子熵($S/A$)和轻子分数($Y_L$)固定的情况下,热$Δ$混合超核星的整体性质.建立了致密星转动惯量、四极矩、潮汐变形性和致密性之间的普适关系,其中$S/A$和$Y_L$的值固定,类似于已知的冷催化致密星。我们还验证了$I$ -Love- $Q$关系在有限温度下对$S/A$和$Y_L$的常数值成立.
2020-08-01 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Investigating Universal Relations in Compact Stars featuring $Δ-$Admixed Exotic Dense Matter
本研究探究了包含 $Δ-$ admixed exotic dense matter 的致密星中的普适关系,发现具有重子核心的重子星遵循转动惯量、潮汐 Love number 等特征间的普适关系,且 f-mode 振荡频率与潮汐形变率的普适性误差低于 1%。
2025-07-16 astro-ph.HE hep-ph