Numerical relativity confronts compact neutron star binaries: a review and status report
我们回顾了目前的状态，试图数值模拟合并的中子星-中子星（NSNS）和黑洞-中子星（BHNS）的二元系统，我们描述了这样的事件，是从这些计算的理解。准确地模拟NSNS和BHNS合并的物理过程是一项艰巨的任务。它需要求解包含黑洞的动态时空的爱因斯坦方程。它还需要演化出高温、超核密度的中子星物质，以及能够影响合并后动力学的磁场和辐射场。早期的研究集中在这些挑战中的一个或另一个，但现在正在努力将相对论和微观物理学精确地结合起来。这些NSNS和BHNS模拟，然后用于表征这些事件的引力波信号，并解决其产生短持续时间的伽马射线暴的潜力。
2010-02-17 astro-ph.HE gr-qc
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
Quasi-universality of the magnetic deformation of neutron stars in general relativity and beyond
众所周知，中子星拥有极其强大的磁场。在其他效应中，拥有这样的场的后果之一是中子星结构的变形，连同旋转一起导致连续引力波的发射。一方面，它们内部磁场的细节大多是未知的。同样，它们的内部结构，由状态方程编码，是高度不确定的。在这里，我们提出了一个孤立的磁化中子星的轴对称模型的研究，各种现实的状态方程被认为是可行的观测和核物理约束。我们表明，它是可能的，找到简单的关系之间的磁变形的中子星，它的科马尔质量和它的圆周半径。这样的关系是准普适的，意味着它们基本上不依赖于中子星的状态方程，而只稍微依赖于磁场的组态。正如我们所讨论的，我们的结果可以帮助约束中子星内部的磁性，并更好地评估孤立的中子星的连续引力波的可探测性，而不知道它们的状态方程。我们的结果来自于广义相对论和标量张量理论--广义相对论最有希望的扩展之一--在这种情况下也考虑了标量电荷。我们表明，即使在这种情况下，广义关系仍然可以解释与广义相对论的偏差，这可能被用来对引力理论设置约束。
2021-10-11 astro-ph.HE gr-qc
Exploring tidal effects of coalescing binary neutron stars in numerical relativity
通过对数值相对论模拟得到的引力波波形的分析，研究了双中子星在螺旋上升阶段晚期发射的引力波。为了从数值结果中得到物理引力波形，分辨率外推对我们的模拟起着至关重要的作用。外推的引力波相位进行了比较，在后牛顿（PN）和有效的一体（EOB）形式主义，包括潮汐效应的校正计算。我们发现，外推的重力波的相位在数值相对论同意与PN和EOB计算的大部分的inspiral阶段，除了潮汐为主，最后inspiral阶段，其中PN和EOB结果低估了潮汐效应。然而，在过去的15个周期中，我们的外推结果和PN/EOB计算结果之间的累积相位差至多为1- 3弧度。
2013-03-07 astro-ph.HE gr-qc
Closed-form tidal approximants for binary neutron star gravitational waveforms constructed from high-resolution numerical relativity simulations
我们构造了含潮汐效应的双中子星并合引力波形。该方法依赖于一组新的偏心减少和高分辨率数值相对论（NR）模拟，并由三个步骤组成。首先，从时域NR数据中提取对GW阶段的潮汐贡献。其次，这些贡献被用来固定高阶系数的有效和图解后牛顿表达式。第三，利用定相近似建立频域潮汐近似。我们的潮汐近似是有效的，从低频率到强场制度和合并。它们可以被解析地添加到任何二元黑洞GW模型中，以获得二元中子星波形，无论是在时域还是在频域。这项工作提供了简单，灵活，准确的模型准备用于搜索和参数估计的二元中子星事件。
2018-07-05 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
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
Gravitational wave content and stability of uniformly, rotating, triaxial neutron stars in general relativity
地基引力波干涉仪的目标包括连续的准周期引力辐射源，如孤立的旋转中子星。在这项工作中，我们进行演化模拟均匀旋转，三轴变形的恒星，可压缩的类似物在广义相对论的不可压缩，牛顿雅可比椭球。我们研究了它们的稳定性和引力波发射。我们采用了五种模型，包括正常模型和超大质量模型，并使用不同的网格设置和分辨率以及两种不同的演化代码来跟踪它们的演化。我们发现，所有的模型是动态稳定的，并产生一个应变，约十分之一的合并二进制系统的平均值。我们跟踪它们的长期演化，发现我们所有的恒星都朝着轴对称的方向演化，保持它们的均匀旋转，动能和角动量分布，同时失去它们的三轴性。
2017-03-31 astro-ph.HE gr-qc
Prospects for joint observations of gravitational waves and gamma rays from merging neutron star binaries
事件GW 150914和GW 151226的发现，都与双黑洞系统（BBH）的合并一致，开启了引力波（GW）天文学的时代。除了BBH外，最有希望的GW源是由两颗中子星或一颗中子星和一个黑洞形成的双星系统的合并。这些合并被认为与短伽马射线暴（GRB）有关，因此GW和电磁（EM）信号的联合观测可以明确地探测这种关联。我们提出了一个详细的研究联合GW和高能量EM观测的中子星与先进的室女座和LIGO和\emph{Fermi}伽马射线望远镜的合并的二元系统的期望。在这个范围内，我们设计了一个专用的蒙特卡洛模拟管道的多信使发射和检测GW和伽马射线仪器，考虑到GW探测器灵敏度的演变。我们表明，在Advanced Virgo和Advanced LIGO 2016-2017运行期间，联合检测的预期速率较低;然而，随着干涉仪接近其最终设计灵敏度，该速率将增加$\sim$十倍。未来的联合观测将有助于限制短伽玛暴与双星系统之间的关联，并解决GWs的祖先之谜。联合检测率与本文预测的比较将有助于限制伽玛暴喷流的几何形状。
2016-11-27 astro-ph.HE gr-qc
Primordial black holes captured by neutron stars: simulations in general relativity
本研究开展广义相对论自洽数值模拟，开发新数值技术，探究不同质量原初黑洞被中子星捕获的过程，明确小质量黑洞下中子星的稳定性及大质量黑洞的吸积坍缩演化，补充了点质量近似下的相关研究。
2024-05-16 astro-ph.HE gr-qc
High-Order Numerical-Relativity Simulations of Binary Neutron Stars
我们报告了用\texttt{WhiskyTHC}进行的双中子星螺旋和合并的模拟，这是新一代数值相对论代码中的第一个，该代码采用了高于二阶的时空和流体动力学演化方法。我们发现，使用高阶计划大大提高了质量的重力波形提取的模拟相比，使用传统的二阶计划计算。减少的失相和更快的收敛速度，使我们能够估计相位演化的引力波发射，以及有限分辨率的影响，而不需要相位或时间对齐或重新缩放的波，有时在其他作品。此外，通过使用额外的未发表的模拟在非常高的分辨率，我们确认我们的高收敛阶的$3.2$的鲁棒性。
2015-02-02 astro-ph.HE gr-qc
Implementation of advanced Riemann solvers in a neutrino-radiation magnetohydrodynamics code in numerical relativity and its application to a binary neutron star merger
在数值相对论中微子辐射磁流体动力学程序中实现了先进的黎曼解HLLC和HLLD \cite{Mignone:2005ft,MUB:2009}以及先进的约束输运格式\cite{Gardiner:2007nc}。我们验证我们的实现进行了一系列的一维和多维测试问题的相对论流体力学和磁流体力学在闵可夫斯基时空和静态黑洞时空。我们发现，与先进的黎曼解的数值解是更准确的HLLE求解器\cite{DelZanna:2002rv}，这是最初实施在我们的代码。作为数值相对论的应用，我们模拟了不对称二元中子星合并，在有和没有磁场的情况下都会产生短暂的大质量中子星。我们发现，当我们使用扩散HLLE求解器时，合并后形成的旋转大质量中子星的寿命以及潮汐驱动的动力学喷出物的量被高估了。我们还发现，当我们采用HLLE求解器，因为求解器的大数值扩散的磁旋转不稳定性是解决较少。这导致了由大尺度极向磁场引起的磁绕组和由磁压力引起的流出能量的虚假增强。
2022-05-09 astro-ph.HE gr-qc
Great Impostors: Extremely Compact, Merging Binary Neutron Stars in the Mass Gap Posing as Binary Black Holes
如果单个致密伴星的质量落在所谓的$3-5\ M_\odot$的质量隙内，那么我们能区分正在合并的双黑洞和双中子星吗？对于中子星，实现这样的质量通常需要极端的紧凑性，在这项工作中，我们提出的初始数据和演化的二进制中子星最初在quasiequilibrium圆形轨道具有紧凑性$C=0.336$。它们是迄今为止构造和演化的最紧凑、非真空、准平衡的双星，包括玻色子星。所达到的紧凑性仅略小于由因果关系所强加的最大可能性$C_{\rm max}=0.355$，它要求声速小于光速。通过比较从螺旋晚期到合并和合并后阶段的引力波形，我们确定了用于区分它们的具体测量结果。在这样的致密程度下，双中子星直到合并之前都不会出现潮汐分裂，因此在共同的核心形成之前就开始了迅速的坍缩。在我们的模拟的准确性，从这两个双星的黑洞残余物表现出振铃辐射，是无法区分的扰动克尔时空。然而，它们的螺旋导致相位差的数量级$\sim 5$拉德超过$\sim 81$公里的分离（1.7轨道），而典型的中子星表现出相位差的$\geq 20$拉德。虽然$\sim 5$ rad的差可以通过当前的引力波激光干涉仪（例如，aLIGO/Virgo），单个质量和自旋的不确定性可能会阻止区分这种紧凑的大质量中子星和黑洞。
2020-02-26 astro-ph.HE gr-qc
Numerical Relativity Simulations of Precessing Binary Neutron Star Mergers
我们提出了第一套数值相对论模拟的二进制中子合并，包括自旋旋进效应，并与多个分辨率的演变。我们的模拟采用了广义相对论中一致的初始数据，具有不同的自旋组态和无量纲自旋幅度$\sim 0.1$。它们以$\sim392$ ~Hz的引力波频率开始，并覆盖超过$1$的岁差周期和大约15个轨道，直到合并。我们讨论的自旋进动动力学分析坐标轨迹，准本地自旋测量，和能量，通过比较自旋对齐，反对齐，和无旋配置。通过计算旋进后期引力波形对的失配，比较了不同自旋组态的引力波形。我们发现，旋进效应是无法区分的nonprecessing配置对齐的自旋约面对双星，而后者是区分从nonspinning配置。相反，自旋进动效应对于近似边缘的双星是清晰可见的。对于这里考虑的参数，岁差不会显着影响特征合并后的引力波频率，也没有质量喷射。我们的研究结果为模拟双星中子星事件引力波形中的自旋进动效应铺平了道路。
2017-12-08 astro-ph.HE gr-qc
Black-holes and neutron stars in entangled relativity
我提出的两个结果表明，尽管它不寻常的非线性形式，纠缠相对论的现象仍然接近于广义相对论-没有任何自由参数，可以微调，以促进这一点。特别地，我给出了球荷电黑洞的解析解，以及中子星的解析解和数值解。
2022-03-21 gr-qc
Quadrupole Moment of a Magnetically Confined Mountain on an Accreting Neutron Star in General Relativity
本文计算了吸积中子星磁约束山四极矩的广义相对论修正，发现其椭圆率与引力波应变比牛顿系统高达12%，并指出磁场对能动张量非轴对称分量的直接贡献可忽略。
2024-12-22 astro-ph.HE gr-qc
On the Testability of the Quark-Hadron Transition Using Gravitational Waves From Merging Binary Neutron Stars
针对强子–夸克相变机制不明的问题，本文对两类转变情景进行贝叶斯模型选择，表明未来第三代或高频专用探测器有望识别双中子星并合波形所对应的正确相变模型。
2023-10-20 astro-ph.HE gr-qc
Kilohertz Gravitational Waves From Binary Neutron Star Mergers: Numerical-relativity Informed Postmerger Model
我们提出了${\tt NRPMw}$，一个分析模型的引力波从中子星合并残留物通知使用618数值相对论（NR）模拟。${\tt NRPMw}$在频域中使用复数高斯小波的组合来设计。小波的参数校准状态方程（EOS）不敏感的关系从NR数据。NR模拟计算21 EOS（其中7个是有限温度的微物理模型，其中3个包含夸克相变或超子自由度）和跨度总二进制质量$M\in[2.4,3.4]~{\rm M}_\odot$，质量比高达$q=2$，（非旋进）无量纲自旋幅度高达${0.2}$。EOS不敏感的关系的理论不确定性被纳入${\tt NRPMw}$使用重新校准参数，提高了模型的灵活性和准确性。${\tt NRPMw}$是NR-忠实的，拟合因子${\gtrsim}0.9$是在102个模拟的独立验证集上计算的。
2022-05-18 astro-ph.HE gr-qc
Stationary, Axisymmetric Neutron Stars with Meridional Circulation in General Relativity
在广义相对论中首次提出了具有双旋环流的稳态轴对称中子星模型。为此，我们开发了GRNS，一种基于定点迭代的新代码。我们发现了一组二维的涡旋环流模式，不同的中子星流体的流线中的涡旋数。对于预期的最大纬向环流速度约为1000 km/s，涡旋导致表面变形约为1%。变形取决于靠近表面的涡的形状，并随着纬向环流速度的增加而增加。我们还计算了旋转的中子星模型，其中既没有表面旋转，也没有旋转速度超过环流速度。
2010-11-24 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Exploring tidal effects of coalescing binary neutron stars in numerical relativity II: Longterm simulations
我们进行新的长期（15-16个轨道）的数值相对论的合并的二元中子星的模拟使用更新的爱因斯坦方程求解器，采用低偏心率的初始数据，和建模的中子星的分段多方状态方程。收敛性研究表明，我们的新结果收敛速度比三阶和使用确定的收敛阶，我们构建了一个外推的波形，估计的总相位误差应小于1弧度。然后，我们将外推的波形与最新的有效单体（EOB）形式主义计算的波形进行比较，其中考虑了所谓的潮汐变形性，更高的后牛顿修正和引力自作用力效应。我们发现，对于一个紧凑的中子星，其半径为11.1公里的二进制，由EOB形式主义的波形符合相当好的数值波形，使总相位误差小于1弧度的总相位的$\sim 200$弧度合并。相比之下，对于半径为13.6 km的较不致密的中子星双星，在最后几个波周期中，EOB和数值波形彼此不一致，导致总相位误差为$\sim 3$弧度。
2015-02-11 astro-ph.HE gr-qc
Neutron Star instabilities in full General Relativity using a $Γ=2.75$ ideal fluid
我们提出的结果，使用一个更严格的状态方程，即理想流体$Γ=2.75$的，在全广义相对论中子星的快速旋转多方模型的动力学棒模不稳定性的效果。我们确定的变化的临界值的不稳定性参数$β$的不稳定性的出现时，绝热指数$Γ$从2改变到2.75，以模仿一个现实的状态方程的行为。特别是，我们表明，酒吧模式的不稳定性的发病阈值降低了这种变化的刚度，并给出一个精确的量化的临界参数$β_c$的值的变化。我们还扩展了分析，以较低的值的$β$，并表明，低β剪切不稳定性也存在于一个简单的多方状态方程所描述的物质的情况下。
2014-06-15 astro-ph.HE gr-qc
A gravitational wave afterglow in binary neutron star mergers
我们详细研究了快速旋转中子星的f-模长期不稳定性，重点放在没有稳定的非旋转对应物的超大质量模型。这样的中子星被认为是两颗标准质量的中子星合并的一般结果。此外，我们考虑到强磁场和r模式的不稳定性，可以消耗大量的角动量的影响。我们发现超大质量中子星发射的引力波信号在20 Mpc的距离上可以达到Advance LIGO的灵敏度以上，大大提高了爱因斯坦望远镜的探测能力。事件发生率将与合并率处于同一量级，而对信号的分析将携带合并后中子星的状态方程和磁场强度的信息。
2015-10-02 astro-ph.HE gr-qc
Numerical Relativity Estimates of the Remnant Recoil Velocity in Binary Neutron Star Mergers
本文首次基于数值相对论模拟估计双中子星并合遗迹的反冲速度，发现其可达数十至150 km/s，并给出反冲速度与抛射物质关系的拟合公式，同时估计了遗迹质量与自旋范围。
2023-10-18 astro-ph.HE gr-qc
Quasi-universality of the magnetic deformation for neutron stars in general relativity and beyond
中子星拥有极强的磁场，导致其形状变形。它们的磁变形既取决于它们内部磁场的几何形状和强度，也取决于它们的成分，由状态方程编码。然而，中子星内部的磁结构和状态方程的细节大多是未知的。我们在广义相对论及其最有前途的扩展之一标量张量理论中对磁化、静态、轴对称中子星的数值模型进行了研究。我们这样做是通过使用几个现实的状态方程目前允许的观测和核物理的限制，也考虑到那些奇怪的夸克星。我们表明，它是可能的，找到简单的关系之间的磁变形的中子星，它的科马尔质量，它的圆周半径的情况下，纯极向和纯环向磁配置满足伯努利形式主义的平衡标准。这些关系是准普适的，因为它们大多不依赖于状态方程。我们的结果，制定在潜在的可观测量，可以帮助理解的磁性中子星内部和连续引力波的可探测性孤立的中子星，独立于他们的状态方程。在标量-张量理论中，这些关系也依赖于中子星的标量电荷，从而潜在地提供了一种新的方法来设置引力理论的约束。
2021-10-12 astro-ph.HE gr-qc
Neutron stars in general relativity and scalar-tensor theory of gravity
在广义相对论和标量-张量引力理论中讨论了中子星的质量和半径，并将其与相对论平均场框架下的核物质状态方程所产生的不确定性进行了比较。结果表明，天体物理和引力波观测的中子星半径与质量$M \lesssim 1.4 M_{\odot}$约束的核物质状态方程，特别是密度依赖的核对称能。未来对大质量中子星的观测可能会限制标量-张量理论的耦合参数，前提是对致密核物质状态方程达成普遍共识。
2019-07-14 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
High-resolution numerical relativity simulations of spinning binary neutron star mergers
最近探测到两颗中子星碰撞期间和之后发射的引力波和电磁波，标志着多信使天文学领域的突破。数值相对论模拟是唯一的工具来描述的合并动力学的制度时，速度最大，引力最强。在这项工作中，我们报告了最先进的双中子星模拟无旋（非自旋）和自旋配置。这些模拟的主要用途是模拟引力波信号。关键的数值要求是了解数值数据的收敛特性和详细的误差预算。模拟已经在不同的HPC集群上进行，它们使用多种网格分辨率，并且基于偏心率减少的准圆形初始数据。我们得到收敛波形的相位误差为0.5-1.5拉德积累超过约12个轨道合并。波形已被用于构造一个唯象波形模型，该模型已被应用于分析最近的双星中子星的探测。此外，我们表明，数据也可以用来测试其他国家的最先进的半解析波形模型。
2018-03-21 astro-ph.HE gr-qc
On the maximum mass limit of neutron stars in scalar-tensor gravity
讨论了标量张量引力中中子星的最大质量极限，并与广义相对论给出的极限进行了比较。该极限相对于核饱和参数和核中的最大声速的组合被参数化。结果表明，对于较小的核内声速值，标度化中子星的最大质量极限大于广义相对论中的最大质量极限。然而，对于声速大于光速的$79\%$的刚性状态方程，广义相对论的最大质量极限大于标量张量引力的最大质量极限。结果表明，未来对大质量中子星的观测，可能会限制最大声速以及标量-张量引力耦合参数。
2017-02-02 astro-ph.HE gr-qc
Multiscalar-metric gravity: merging gravity, dark energy and dark matter
NRC “Kurchatov Institute” – IHEP（国立核研究中心库尔恰托夫研究所-高能物理研究所）
本文提出一种基于多标量-度规概念的引力理论，用于融合引力、暗能量和暗物质，并探讨其物理后果与未来应用。
2025-12-14 gr-qc
Comprehensive numerical relativity -- effective-one-body comparison to inform improvements in waveform models for binary neutron star systems
本文对非自旋双星中子星系统的潮汐有效单体（EOB）模型和最新的数值相对论模拟进行了详细的比较。这种比较是最广泛的一个日期，涵盖了广泛的参数空间，包括能源的二进制，近星点的进步，时间和频率的演变的引力波阶段的主导模式，和几个次主导模式。我们考虑了不同的EOB模型与潮汐的影响，已经提出，包括模型与动力潮汐[Phys.Rev.Lett. 116（2016）no.18，181101]和[Phys.Rev.Lett. 114（2015）16号，161103]。EOB模型与动态潮汐导致这里考虑的系统的最佳表示，然而，GSF启发的模型的差异是小的。一个共同的特征是，对于物质效应较大的系统，即刚性状态方程或小的总质量，所有EOB模型都低估了潮汐效应，并且与数值相对论模拟结果的差异在合并附近变得明显。我们分析这个制度，诊断模型的缺点，在后期的inspiral，其中两个中子星不再是孤立的机构在真空中移动。我们的工作将有助于指导这些系统建模的进一步进展。
2017-02-07 astro-ph.HE gr-qc
Black hole spectroscopy of collapsing and merging neutron stars
Universität Potsdam（波茨坦大学）；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））
研究通过数值相对论模拟中子星塌缩和合并，探讨物质对黑洞环状衰变信号的影响，发现物质存在可能主导环状衰变建模误差，多模态 quasi-normal 模式可减少质量估计误差。
2026-01-08 astro-ph.HE gr-qc
No evidence of kinetic screening in simulations of merging binary neutron stars beyond general relativity
我们已经进行了充分的相对论模拟一类标量张量理论与衍生自相互作用和屏蔽的地方尺度。通过使用高分辨率的冲击波捕捉方法和非零位移矢量，我们成功地避免了过去类似尝试的问题。我们首先证实了最近的结果，我们自己在球对称性，获得了一个近似的方法，并指出在黑洞坍缩屏蔽的部分崩溃。然后，我们考虑了中子星的晚期螺旋和合并。我们发现，屏蔽倾向于抑制（次主导）偶极标量发射，但不是（主导）四极标量模式。我们的研究结果点在四极标量信号一样大（或甚至更大）在Fierz-Jordan-Brans-Dicke理论具有相同的共形耦合，强耦合尺度在兆电子伏范围内，我们可以模拟。
2022-02-15 gr-qc hep-th
Tidal Deformability of Neutron Stars in Scalar-Tensor Theories of Gravity
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)（马克斯·普朗克引力物理研究所（阿尔伯特·爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）
本研究计算了标量-张量引力理论中中子星的高阶潮汐勒夫数，发现高致密度下潮汐形变能力与广义相对论结果差异显著，提示相关引力波检验需注意理论偏差带来的误差。
2026-11-09 astro-ph.HE gr-qc
Mapping dynamical ejecta and disk masses from numerical relativity simulations of neutron star mergers
我们提出了拟合公式的动力学喷出物的性质和残余磁盘质量从最大的数值相对论模拟的样本。所考虑的数据包括一些最新的模拟与微物理核状态方程（EOS）和中微子输运以及其他结果与多方EOS在文献中。我们的分析表明，广泛的功能的动态喷出物和磁盘的属性可以捕获拟合表达式，依赖于质量比和约化潮汐参数。文献数据的对比分析表明，微物理和中微子吸收的动力学喷出物的性质有显着的影响。微物理核状态方程导致平均速度小于多方状态方程，而包括中微子吸收导致较大的平均喷出物质量和电子分数。因此，微物理和中微子输运是必要的，以获得定量模型的喷出物的二元参数。
2021-11-11 astro-ph.HE gr-qc
Incorporating a radiative hydrodynamics scheme in the numerical-relativity code BAM
为了研究双中子星系统，并解释观测数据，如引力波和kilonova信号，人们需要准确描述在合并的最后阶段发生的过程，例如，通过数值相对论模拟。在这项工作中，我们提出了一个更新版本的数值相对论代码BAM，以纳入基于核理论的状态方程和中微子相互作用的简单描述，通过中微子泄漏计划。不同的测试模拟，恒星经历中微子引起的引力坍缩和二元中子星系统，验证我们的新的实现。对于中子星系统，我们表明，我们可以发展稳定和准确不同的微物理模型采用不同的状态方程：SFHo，DD 2，和超声波BHB $Λϕ$。总体而言，我们的测试模拟有很好的协议与文献报道。
2022-07-10 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave echoes from numerical-relativity waveforms via space-time construction near merging compact objects
我们提出了一种新的方法来重建合并的二元黑洞的晚期近视界几何形状，并计算来自外来紧凑物体的引力波回波。一个二进制黑洞合并时空可以被一个类时超曲面划分成一个黑洞微扰（BHP）区域和一个非线性区域，在BHP区域中，时空几何可以用最终Kerr黑洞的齐次线性微扰来近似。在后期，两个区域之间的边界是一个下落的壳。BHP区域包含向未来视界发射的晚期引力波，以及向未来零无限发射的引力波。在这个区域中，通过在过去的零无穷远处施加不进入波的条件，并将未来零无穷远处的传出波与数值相对论计算的波形相匹配，我们可以获得朝着未来视界传播的波。特别是，纽曼-彭罗斯$ψ_0$相关的传入波的地平线上的潮汐变形有关的基准观测器漂浮在地平线上。我们进一步确定边界的BHP区域的未来地平线上强加的$ψ_0$内的BHP区域可以忠实地表示的准正常模式。使用物理动机的方式施加边界条件附近的地平线，并应用所谓的玻尔兹曼反射率，我们计算非旋转ECO的准正常模式，以及引力波回波。我们还调查了这些回波在当前和未来的探测器的可探测性，和参数估计的前景。
2022-04-21 gr-qc
Dynamical Tides in General Relativity: Effective Action and Effective-One-Body Hamiltonian
潮汐效应对含中子星的致密双星系统的晚期旋进有重要影响。目前大多数中子星的潮汐形变模型都假设潮汐隆起与伴星产生的潮汐场直接相关，并具有恒定的响应系数。然而，如果轨道运动接近与中子星的内部模式之一共振，这种对潮汐效应的绝热描述就开始失效，潮汐就变成动态的。本文考虑了广义相对论中由中子星四极基本振荡模引起的动力潮。我们设计了一个描述的中子星的有限大小对轨道动力学的影响的基础上的有效点粒子作用的动力学四极自由度的增强。我们分析了后牛顿和测试粒子近似这个模型，并将结果纳入一个有效的单体哈密顿。这使我们能够将动力潮汐的描述扩展到整个螺旋。我们表明，动力潮汐给一个显着的增强物质的影响相比，绝热潮汐，至少对于中子星与大半径和低质量比系统，因此，应包括在准确的模型引力波数据分析。
2016-11-15 astro-ph.HE gr-qc
Investigating GW190425 with numerical-relativity simulations
LIGO-Virgo合作的第三次观测运行导致了大约一百个引力波触发器，包括双星合并的中子星GW 190425。然而，在广泛的随访检索中，这些事件均未伴随电磁瞬变。在这篇文章中，我们进行了新的数值相对论模拟的二元中子星和黑洞-中子星系统，有一个啁啾质量符合GW 190425。假设GW 190425的天空位置在电磁后续搜索过程中被足够准确地覆盖，我们研究了千诺瓦的非检测是否与通过引力波分析估计的源参数兼容，以及如何使用这些信息来限制系统的属性。我们的模拟表明，GW 190425是不兼容的不相等的质量二进制中子星合并时，考虑刚性或适度刚性状态方程的质量比$q<0.8$，如果二进制是面对面的，并覆盖的观察。我们的分析表明，详细的千新星观测结果将有助于限制未来事件中的双中子星的质量比。
2021-09-17 astro-ph.HE gr-qc
Can Neutron Star Tidal Effects Obscure Deviations from General Relativity?
本文在标量-张量理论下研究双中子星合并，发现核状态方程和中子星半径的测量可能因引力理论偏差而失真，导致广义相对论的偏离被掩盖。
2025-04-01 astro-ph.HE gr-qc
Testing general relativity using gravitational waves from binary neutron stars: Effect of spins
我们提出了一个贝叶斯数据分析管道，用于测试GR使用引力波信号从合并紧凑的双星，特别是二进制中子星。在这项研究中，我们调查其性能时，考虑到与自旋源。
2013-08-05 gr-qc
Axisymmetric equilibrium models of magnetised neutron stars in scalar-tensor theories
广义相对论很可能不是引力的权威理论，这是由于一些问题，无论是从理论还是从观测的角度来看。另一种引力理论被设想来扩展广义相对论并解释这些问题。其中最有希望的是标量张量理论，它预言了致密天体（如中子星）现象的丰富。我们更新了测试良好的XNS代码，数值求解爱因斯坦-麦克斯韦方程组的一个固定的，磁化的中子星在一类标量张量理论包含自发标量化现象。我们发现中子星的质量、半径、标量电荷和磁形变之间存在着“准普适关系”，这种关系在广义相对论和标量-张量理论中都成立，与物态方程无关。这一结果可能为检验标量张量理论和中子星内部的磁场几何提供新的工具。
2021-05-12 astro-ph.HE gr-qc
The present situation in quantum theory and its merging with general relativity
我们讨论了量子理论（QT）与广义相对论（GR）合并的复杂问题。QT被视为微观现象的一般理论-一堆模型。量子力学（QM）和量子场论（QFT）是最广为人知的（但是，例如，Bohmian力学也是QT的一部分）。QM和QFT的基本问题被认为是相互关联的。对于量子力学，我们强调它的非相对论性和超距超距作用的存在。对于QFT，我们强调了无穷大的老问题。这是本文的主要观点：试图统一QFT如此严重的无限性与GR是没有意义的，我们还强调了QFT纠缠处理的困难。我们比较了QFT和QM测量理论的理论和实验的观点。然后，我们讨论两个基本的数学约束的QM和QFT，即使用实数（因此，复数）和希尔伯特状态空间。我们简要介绍非阿基米德和非希尔伯特方法QT及其后果。最后，我们主张，尽管有贝尔定理，仍然有可能在类经典因果理论的基础上处理量子现象。我们提出了一个随机场模型产生的QM和QFT形式主义。这种涌现观点可以作为统一新QT（可能与目前强大的QM和QFT完全不同）和广义相对论GR（后者可能也会发生革命性的修改）的基础。
2017-05-27 gr-qc hep-th quant-ph
Revisiting the maximum mass of differentially rotating neutron stars in general relativity: Übermassive stars with realistic equations of state
本文用真实的核状态方程研究了微分旋转中子星的广义相对论轴对称平衡解空间。我们发现，不同类型的恒星，这是由早期的作品确定的多方状态方程，出现现实的状态方程，太。扫描的解决方案空间的样本现实的状态方程，我们对待，我们发现的最大静止质量的下限支持冷，差分旋转的恒星为每种类型的恒星。我们经常发现平衡构型可以支持2倍于静态恒星的质量。我们称这些平衡为“超大质量”，在我们的调查中，我们发现超大质量的恒星可以支持最大静止质量的2.5倍，可以支持具有相同状态方程的冷，非旋转恒星。这几乎是以前使用现实状态方程的研究发现的两倍，并且没有发现超大质量的中子星。此外，我们发现，增加的最大静止质量相对于非自旋恒星对应的是较大的适度刚性状态方程。这些结果可能对由双中子星合并而形成的超大质量中子星的寿命、引力波和电磁波对应物有意义。
2019-01-16 astro-ph.HE gr-qc
A metric on the space of neutron star models in general relativity and modified gravity
某些中子星模型对可以直观地被认为比其他模型“更接近”，在这个意义上，可能需要比其他模型对更精确的观测来区分它们。在本文中，借用几何动力学的研究的想法，我们介绍了一个数学形式主义来定义恒星模型之间的几何距离，提供一个定量的意义，这个概念的接近。特别是，我们知道黎曼流形上的所有度量的集合本身就具有黎曼流形的结构（“配置流形”），它配备了一个标准度量。把一颗静止恒星看作是一个特殊的$3+1$度规，其结构由托尔曼-奥本海默-罗夫关系及其推广决定，在一个适当限制的构形流形上的点可以看作是代表不同的恒星，这些点之间的距离可以计算出来。我们开发了必要的数学机器来建立中子星模型的组态流形，并提供了一些工作的例子来说明如何在未来的恒星结构研究中使用这个空间。
2020-01-27 astro-ph.HE gr-qc
Simultaneous Inference of Neutron Star Equation of State and the Hubble Constant with a Population of Merging Neutron Stars
我们开发了一种方法来实现一个建议，利用知识的中子星（NS）的状态方程（EoS）推断的哈勃常数从人口的二进制中子星（BNS）合并。这种方法对于在没有红移的情况下利用BNS作为标准塞壬是有用的。来自致密天体双星的引力波（GW）信号提供了它们光度距离的直接测量，但不是它们的红移。与过去不同的是，在这里，我们采用了一个现实的EoS参数化的贝叶斯框架，同时测量的哈勃常数和细化的EoS参数的约束。红移的不确定性取决于EoS的不确定性和从GW数据估计的质量参数。结合BNS红移和相应的光度距离，建立了红移-距离关系，并由此推导出哈勃常数。在这里，我们证明了在宇宙探测器时代，人们可以测量哈勃常数到$\lesssim 5\%$的精度（有一个$90\%$可信区间），同时考虑到它们的EoS参数的不确定性。这样的测量可以潜在地解决当前对早期和晚期宇宙的哈勃常数测量中的紧张局势。在这项工作中实施的方法展示了一个全面的处方推断NS EoS和哈勃常数，同时结合GW的观测合并NS，同时采用一个简单的人口模型NS群众和保持合并率NS常数红移。这种方法可以立即扩展到合并率，人口属性，和其他宇宙学参数。
2022-12-30 astro-ph.CO 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
Stiffness effects on the dynamics of the bar-mode instability of Neutron Stars in full General Relativity
本文研究了在全广义相对论下，中子星快速旋转多方模型中，状态方程刚度对动力学棒模不稳定性的影响。我们确定的变化的阈值出现的绝热$Γ$指数从2.0到3.0的范围内的不稳定性，包括两个值选择模仿更现实的状态方程在高密度。
2014-11-07 gr-qc
The diverse morphology of gravitational wave signals from merging neutron-star white-dwarf binaries
State Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台射电天文与技术重点实验室）；CAS Key Laboratory for Computational Astrophysics, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台计算天体物理重点实验室）；School of Astronomy and Space Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学天文与空间科学学院）；Armagh Observatory and Planetarium（阿马赫天文台和天文馆）；National Astronomical Observatories/Yunnan Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台/云南天文台）；School of Physical Science and Technology, Lanzhou University（兰州大学物理科学与技术学院）；School of Physics and Technology, Wuhan University（武汉大学物理科学与技术学院）
研究揭示了NSWD双星系统在不同参数下可能的多条演化路径，并展示了其多样的引力波信号特征。
2025-11-26 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Reanalysis of the binary neutron star mergers GW170817 and GW190425 using numerical-relativity calibrated waveform models
我们重新分析引力波从双星中子星合并GW170817和GW190425使用数值相对论（NR）校准的波形模型，TF2+_京都模型，其中包括非线性潮汐项。对于GW170817，通过对二元潮汐变形性$\tildeΛ$施加均匀先验，对于$f_\mathrm{max}=1000$和$2048~\mathrm{Hz}$的情况，$\tildeΛ$的对称$90\%$可信区间分别估计为$481^{+436}_{-359}$和$402^{+465}_{-279}$，其中$f_\mathrm{max}$是分析中的最大频率。我们还使用其他波形模型重新分析了该事件：两个后牛顿波形模型（TF2_PNTidal和TF2+_PNTidal），TF2+_NRTidal模型是另一个NR校准波形模型，及其升级，TF2+_NRTidalv2模型。虽然估计的参数以外的$\tildeΛ$是广泛一致的各种波形模型，我们的研究结果表明，估计的$\tildeΛ$依赖于波形模型。但是，差异小于统计误差。对于GW190425，我们只能得到很少的关于双星潮汐变形能力的信息。随着探测器和事件数量的增加以及探测器灵敏度的提高，NR校准波形模型之间的系统差异对于测量$\tildeΛ$将变得显著。
2020-10-08 astro-ph.HE gr-qc
Multi-Messenger Constraints on Magnetic Fields in Merging Black Hole-Neutron Star Binaries
LIGO-Virgo-KAGRA合作组最近探测到来自黑洞-中子星（BHNS）双星系统GW 200105和GW 200115合并的引力波（GW）。未检测到符合的电磁（EM）对应物。虽然在这两个系统的质量比和BH自旋不足以潮汐中断的BH事件视界外的NS，其他的，电磁辐射的磁层机制存在于这个制度，并敏感地依赖于NS的磁场强度。结合GW的测量与EM通量上限，我们把上限的NS表面磁场强度以上的磁层发射模型会产生一个可观察到的EM对应。我们考虑由黑洞电池机制供电的火球模型，其中能量以伽马射线的形式输出超过$\lesssim1$ ~秒。Fermi-GBM或INTEGRAL SPI-ACS未检测到的一致性将NS表面磁场限制为$\lesssim10^{15}$ ~G。因此，联合GW检测和EM上限排除了理论上的可能性，即GW 200105和GW 200115中的NS以及GW 190814中的假定NS保留$\gtrsim10^{15}$ ~G偶极磁场直到合并。他们还排除了强磁化磁星快速与BH合并的形成场景。我们也可以排除BH电池供电的火球机制在这些系统中的操作。这是BHNS系统中NS磁场的第一个多信使约束，也是NS演化中探测场的一种新方法。这表明了约束力，BHNS合并的多信使分析BHNS形成的情况下，在NS的磁场演化，和BHNS磁层相互作用的物理。
2021-12-03 astro-ph.HE gr-qc
Sub-radian-accuracy gravitational waveforms of coalescing binary neutron stars in numerical relativity
扩展我们以前的研究，我们进行高分辨率的数值相对论的螺旋双中子星的模拟。在中子星半径为10.9- 13.7公里的情况下，采用最小网格间距为$\approx 63$ -86米的计算资源，对中子星的收敛性进行了深入的研究.在最后的$\sim 15$-16个螺旋轨道中，对$\gtrsim 210$，rad的引力波相位估计的总误差为0.1~rad。然后，我们比较的波形（无分辨率外推）与最新的有效单体形式主义（潮汐SEOBv 2模型称为TEOB模型）计算的。我们发现，对于我们的任何一个双中子星的模型，由TEOB形式主义计算的波形符合数值相对论波形达到$\approx 3$ \，ms之前的引力波振幅的峰值达到：对于这个后期的螺旋阶段，总的相位误差是$\lesssim 0.1$ \，rad。虽然重力波形在最后一个$\sim 3$ \，ms有一个inspiral型的特征，但这个阶段不能很好地用目前的TEOB形式再现，特别是对于具有大潮汐变形能力的中子星（即，较大半径）。其原因是描述。
2017-08-29 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Impact on Inferred Neutron Star Equation of State due to Nonlinear Hydrodynamics, Background Spin, and Relativity
Department of Physics, Montana State University（蒙大拿州立大学物理系）
研究探讨了非线性流体动力学、背景自转和相对论对中子星方程状态推断的影响，发现忽略这些因素会导致潮汐变形性估计偏差。
2026-11-11 astro-ph.HE gr-qc
Tides in merging neutron stars: Consistency of the GW170817 event with experimental data on finite nuclei
考察了由基于GW170817的潮汐形变率导出的核物质状态方程与由微观核实验数据得到的状态方程的一致性。结果发现，适当选择的等密度和等矢量核激发模式的实验数据以及观测到的最大中子星质量约束了EoS，EoS与GW170817激发的EoS具有很好的一致性.发现核中的巨共振有助于将潮汐形变参数和中子星的半径限制在较窄的范围内。在1 $σ$水平上，正则潮汐形变能$Λ_{1.4}$和中子星半径$R_{1.4}$的值分别为$267\pm144$和$11.6\pm1.0$ km.
2019-05-22 gr-qc hep-ph nucl-th
Differentially rotating scalarized neutron stars with realistic post-merger profile
本文研究了带质量标量场的标量-张量理论下差速旋转中子星模型，采用真实唯象旋转定律，发现相比广义相对论存在质量与角动量更大且能更久保持准球形分布的解，为后续研究标量化对合并残骸稳定性与引力波辐射的影响奠定基础。
2023-03-14 astro-ph.HE gr-qc
Numerical Relativity Simulations of Dark Matter Admixed Binary Neutron Stars
本研究首次通过数值相对论模拟暗物质混合双中子星并合，发现暗物质形态（核心或晕）影响并合结果，且晕构型导致引力波信号偏离标准模型，需改进潮汐形变率计算。
2025-09-07 astro-ph.HE gr-qc
