Прорывное открытие GW170817 с комбинированным обнаружением гамма-взрыва GRB170817A и переходных AT2017gfo стало первым случайным наблюдением гравитационных волн (GWs), астрономических и электромагнитных волн от нового источника (EM) того же времени. Хотя имеются веские доказательства того, что GW170817, GRB170817A и AT2017gfo были созданы в результате слияния двух нейтронных звезд (NSs)), нельзя исключать, что наблюдаемые сигналы GW и EM были получены от слияния NS с подражателем NS. Как показано в Cardoso et al. и Sennett et al., трудно четко отличить NS от экзотических компактных объектов, например, бозонских звезд (BS), с детекторами ГВт второго поколения.
НКС являются стабильными солитоническими растворами связанных уравнений Эйнштейна-Клейна-Гордона, которые описывают массивное скалярное поле в присутствии силы тяжести. Аксионные звезды (АЗ) - особый вид НС - осциллотонов реального скалярного поля с дополнительными взаимодействиями, обусловленными их нетривиальным потенциалом V(φ) поля.
Осины, хотя еще не наблюдаемые, теоретически хорошо мотивированы; они решают серьезную проблему КСД, естественно возникают в теории струн и являются перспективными кандидатами на темную материю (DM). АС могут динамически формироваться во время крушения аксионных миникластеров в ранней вселенной) в процессе, аналогичном галактическому ядру.
Формирование ультра-лаксиокосмологии волновой конденсацией или нестандартными первичными возмущениями с повышенной малой мощностью Хотя эти сценарии в целом предсказывают, что значительное большинство аксионических ДМ останется несвязанным или ограниченным в СУ в диапазоне низких масс, хвост СУ с высокими массами при низких красных сдвигах является в значительной степени свободным, что мотивирует изучение наблюдаемых сигнатур.
Ученные опираются на работы, в которых было смоделировано большое количество различных конфигураций нейтронной звезды-аксионной звезды (NSAS). Хотя моделирование ограничивалось лобовыми столкновениями, оно показало, что для систем NSAS, близких к порогу образования КН, из системы может быть выброшена значительная часть бозонского и барионного материала и что значительное выделение энергии ГВт происходит во время столкновения и после слияния.
Здесь мы представляем детальный анализ конкретного случая слияния NSAS, основанный на полном 3D численном моделировании относительности. Используя наши результаты моделирования, мы также рассматриваем полуаналитическое преобразование аксионов в фотоны за счет соединения с обычным веществом. Вместе взятые, эти мульти-мессенджерные сигналы приведут к уникальной сигнатуре для слияний NSAS.
КОНФИГУРАЦИЯ И ДИНАМИКА СЛИЯНИЙ
Рассмотрим лобовое столкновение системы NSAS007 компании Clough et al. Для полноты так же рассмотрим ключевые свойства конфигурации для подробного обсуждения числовых методов и тестов. Первоначальная конфигурация основана на совмещении одиночного изолированного НС и АС, разделенного на 260 км вдоль оси Х числового домена. Решим уравнения ограничений для получения решения, соответствующего общей относительности.
НС с гравитационной массой в изоляции использует частично-политропическое соответствие уравнения состояния SLy которое согласуется с текущими ограничениями, полученными от Abbott et al. .
МУЛЬТИМЕССЕНДЖЕРСКАЯ КАРТИНА NSAS СТОЛКНОВЕНИЙ.
Гравитационное излучение волн
BHAS устанавливает порядок использования этих материалов для бинаритетов. Наблюдается четкая упорядоченность пиковой амплитуды ГВт, что может быть объяснено компактностью отдельных объектов. Наименьшая амплитуда возникает при слиянии BHAS из-за больших приливных искажений AS в гравитационном поле BH, при этом аксионное вещество попадает в BH до фактического слияния.
Этот эффект снижается для конфигурации NSAS из-за меньшей компактности NS по сравнению с ДБ. При слиянии BNS мы обнаружили, что приливные деформации снова значительно меньше и, следовательно, амплитуда слияния является самой большой. Основные различия в эмиссии ГВт по отношению к системе БНС возникают после слияния звезд на частотах, для которых текущие детекторы ГВт нечувствительны, например, Bezares, Palenzuela & Bona .
ГВ продолжают вырабатываться для примера НСОО таким образом, что общий объем выбросов энергии с течением времени значительно возрастает. К концу моделирования столкновение НСОУ высвободило больше энергии в ГВ, чем во всех других случаях, с массовым эквивалентом порядка. Если предположить, что серийный поиск с использованием существующих детекторов ГВт, пример слияния головой в NSAS будет наблюдаться только до ∼100 kpc и для Einstein Telescope (ET) до ∼10 Mpc .
Учитывая потенциальное квазициркулярное слияние NSAS, излучаемый сигнал ГВт во время слияния бинарного NSAS может быть смоделирован так же, как и BNS системы и существующие модели формы волны, включая приливные эффекты, например, Hinderer et al, Dietrich et al. и Nagar et al, уже существуют для их построения на квадратном уровне. Для такого квазициклового слияния можно было бы наблюдать пример, настроенный на ∼100Mpc для продвинутого LIGO с проектной чувствительностью и, возможно, ∼1000Mpc для ET.
Килонова от выброса барионной массы
После столкновения выбрасывается большая часть бозонской и барионной массы. В частности, эжекта бариона может привести к оптическому переходному процессу, аналогичному AT2017gfo. Чтобы проверить эту гипотезу, ученые измеряют количество несвязанного барионного материала и находят, что только ∼10ms после столкновения барионного вещества был выброшен.
Выброс нейтрино в результате ударного нагрева
В связи с тем, что численные моделирования не включают полную общую релятивистскую схему гидродинамики излучения, ученые полагаются на упрощенные оценки для определения нейтринной светимости. Остаток слияния достигает температуры значительно выше порога производства электрон-позитронной пары (∼0.511MeV). Следовательно, захват позитронов (n + e+ → p + ν¯e) приводит к увеличению доли электронов и эмиссии антинейтрино электронного типа.
В целом существует два различных механизма, которые могут нагреть остаток НСУ во время столкновения с НСУО. Предполагая, что нейтриноизлучение происходит в пределах горячей области и нейтрино с энергией 3 кТ ∼ 40 МэВ, мы получаем нейтриносветность порядка 1051 эргс-1. Вторым механизмом было бы преобразование аксионного вещества внутри нейтронной звезды в тепловую энергию.
Ученые количественно определили возможность наблюдения за примером слияния NSAS с различными мульти-мессенджерными каналами. Интересно, что они обнаружили, ряд наблюдаемых факторов, обычно связанных со слияниями BNS или NSBH, также присутствуют при слияниях NSAS. Это может привести к неправильной интерпретации наблюдаемых данных, и поэтому дальнейшие исследования, выявляющие явные различия между BNS и NSASsa, могут потребовать бесспорной интерпретации будущих мультимесенджерных наблюдений.
Рассмотрим, например, GW170817 - оптическая/инфракрасная/ультрафиолетовая сигнатура AT2017gfo в целом соответствует сигнатуре килоновой из систем NSAS, а сигнал sGRB170817 можно объяснить формированием НН и диска из слияния NSAS или аксио-фотонного преобразования. Ученые также показали, что слияния NSAS могут высвобождать до 1056 ГэВ в энергии в оптическом диапазоне при разумных значениях параметров.
Поэтому при выборе некоторых параметров проводимости НСУ и напряженности магнитного поля слияние NSAS может привести к необычным переходным процессам, таким как AT2018, в которых наблюдалась необъяснимая оптическая светимость ∼44ergss-1.
Подтвержденное обнаружение слияния NSAS было бы значительным открытием, одновременно подтверждающим аксион в качестве компонента DM и ограничивающим его массу, константу распада и связи со стандартными частицами модели. Таким образом, это дало бы возможность лучше понять природу темной материи во Вселенной.
