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天体物理学 > 高能天体物理现象

arXiv:2407.17560v1 (astro-ph)
[提交于 2024年7月24日 (此版本) , 最新版本 2025年2月6日 (v2) ]

标题: 动态潮汐在合并偏心中子星双星中的可观测性

标题: Observability of dynamical tides in merging eccentric neutron star binaries

Authors:János Takátsy, Bence Kocsis, Péter Kovács
摘要: 虽然动力潮汐仅在圆轨道 inspirals 的最后几个轨道中变得相关,但轨道偏心率可以通过在每次近距离相遇时激发潮汐振荡来在 inspirals 的早期阶段增加其影响。 我们使用后牛顿数值模拟研究了动力潮汐对偏心中子星双星轨道演化的影响,并构建了一个解析随机模型。 我们的研究揭示了动力潮汐对近拱点距离的强烈依赖性,在大偏心率下,传递给动力潮汐的能量超过通过引力波(GWs)耗散的能量$\sim1\%$,在分离距离为$r_\mathrm{p}\lesssim50$公里时。 我们证明了动力潮汐对轨道演化的影响可以表现为引力波信号中的相位偏移。 我们表明,引力波相位偏移的信噪比在设计密度下使用单个 aLIGO 探测器对于距离为$40$兆秒差距的偏心中子星双星可以达到 8 的可探测阈值。 这要求在双星形成时具有接近 1 的偏心率,近拱点距离为$r_\mathrm{p0}\lesssim68$公里($r_\mathrm{p0}\lesssim76$公里),以获得合理的潮汐变形能力和 f 模频率分别为 500 和$1.73$千赫兹(700 和$1.61$千赫兹)。 观测相位偏移将能够独立于潮汐变形能力测量中子星的 f 模频率,从而为中子星地震学和状态方程的性质提供重要见解。 我们还探讨了区分等半径双星和双星系统的潜力,这可能提供一个揭示核状态方程中强一阶相变的机会。
摘要: While dynamical tides only become relevant during the last couple of orbits for circular inspirals, orbital eccentricity can increase their impact during earlier phases of the inspiral by exciting tidal oscillations at each close encounter. We investigate the effect of dynamical tides on the orbital evolution of eccentric neutron star binaries using post-Newtonian numerical simulations and constructing an analytic stochastic model. Our study reveals a strong dependence of dynamical tides on the pericenter distance, with the energy transferred to dynamical tides over that dissipated in gravitational waves (GWs) exceeding $\sim1\%$ at separations $r_\mathrm{p}\lesssim50$ km for large eccentricities. We demonstrate that the effect of dynamical tides on orbital evolution can manifest as a phase shift in the GW signal. We show that the signal-to-noise ratio of the GW phase shift can reach the detectability threshold of 8 with a single aLIGO detector at design densitivity for eccentric neutron star binaries at a distance of $40$ Mpc. This requires a pericenter distance of $r_\mathrm{p0}\lesssim68$ km ($r_\mathrm{p0}\lesssim76$ km) at binary formation with eccentricity close to 1 for a reasonable tidal deformability and f-mode frequency of 500 and $1.73$ kHz (700 and $1.61$ kHz), respectively. The observation of the phase shift will enable measuring the f-mode frequency of neutron stars independently from their tidal deformability, providing significant insights into neutron star seismology and the properties of the equation of state. We also explore the potential of distinguishing between equal-radius and twin-star binaries, which could provide an opportunity to reveal strong first-order phase transitions in the nuclear equation of state.
评论: 23页,14图,提交至《物理评论D》
主题: 高能天体物理现象 (astro-ph.HE) ; 高能物理 - 现象学 (hep-ph); 核理论 (nucl-th)
引用方式: arXiv:2407.17560 [astro-ph.HE]
  (或者 arXiv:2407.17560v1 [astro-ph.HE] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2407.17560
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: János Takátsy [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2024 年 7 月 24 日 18:00:03 UTC (1,151 KB)
[v2] 星期四, 2025 年 2 月 6 日 09:32:22 UTC (1,294 KB)
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