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中子星潮汐效应能否掩盖广义相对论的偏差?

4/5/2025
astro-ph.HE - High Energy Astrophysical Phenomena
/Users/zhangsan/PycharmProjects/aigupiao/ccc/now1/astro-ph.HE - High Energy Astrophysical Phenomena/20250402/2411.19129.pdf
中子星潮汐效应能否掩盖广义相对论的偏差?
斯蒂芬妮·M·布朗
巴德里·克里希南
拉胡尔·索马桑达拉姆
英戈·图斯
阿尔伯特-爱因斯坦研究所,马克斯-普朗克引力物理研究所,德国汉诺威;莱布尼兹汉诺威大学,德国汉诺威;奥斯卡·克莱因中心,斯德哥尔摩大学物理系,瑞典斯德哥尔摩;数学、天体物理学和粒子物理研究所,拉德布德大学,荷兰奈梅亨;理论部,洛斯阿拉莫斯国家实验室,美国洛斯阿拉莫斯;物理系,雪城大学,美国雪城

摘要

引力波天体物理学的主要目标之一是研究强场区域的引力并限制广义相对论(GR)的偏差。任何此类偏差不仅影响双星动力学和引力波发射,还影响致密天体的结构和潮汐性质。在中子星的情况下,质量、半径和潮汐变形性在不同引力理论之间都可能存在显著差异。目前,中子星半径和潮汐变形性的测量不确定性相当大。然而,关于核状态方程(EOS)的大不确定性如何影响使用双中子星并合测试GR,我们知之甚少。反之,使用错误的引力理论可能导致对核EOS的错误约束。在这里,我们在标量-张量(ST)理论中研究了这个问题。我们将该理论中最近推导出的 l=2 潮汐勒夫数应用于GW170817的参数估计。相应地,我们测试了超越GR的物理学是否会偏置核EOS和中子星半径的测量。我们发现,GR和ST情况下的参数推断都返回了一致的组分质量和潮汐变形性。然而,两种理论的半径和EOS后验分布有所不同,但两者均未被当前的观测极限排除。这表明核EOS的测量可能存在偏差,并且在分析当前双中子星并合时,GR的偏差可能未被检测到。

关键词

引力波
引力波天文学
中子星
引力
非标准引力理论
研究背景

领域

本研究聚焦于引力波天体物理学领域,特别是利用双中子星并合事件在强引力场下检验广义相对论(GR)及其替代理论。

问题陈述

当前研究面临的挑战是,核物质状态方程(EOS)的巨大不确定性可能掩盖或混淆来自GR的潜在偏差信号,反之,使用不正确的引力理论(如假设GR成立)也可能导致对EOS的错误约束。

理论基础

研究建立在引力波探测(如GW170817)、GR框架下的中子星潮汐形变理论以及替代引力理论(如标量-张量理论)的基础上。

研究目标或问题

本研究旨在评估在分析双中子星并合引力波数据时,若忽略GR的可能偏差(具体在标量-张量理论下),会对推断出的中子星半径和EOS参数产生多大的系统性偏差。

假设

null

研究意义

该研究的重要性在于揭示引力理论选择对EOS测量的潜在影响,评估GR的偏差信号是否可能被EOS的不确定性所掩盖,这对于精确检验引力和理解致密物质性质至关重要。