Çift Nötron Yıldız Birleşmelerinin Genel Görelilik Simülasyonu: Hızlı Kara Delik Oluşumu

Year 2023, , 34 - 38, 31.12.2023

Kutay Arınç Çokluk , Kadri Yakut , Bruno Giacomazzo

https://doi.org/10.55064/tjaa.1200007

Abstract

Bu çalışmada açık kaynak kodlu Einstein Toolkit ve Lorene paket programları kullanılarak parçalı politropik hal
denklemi ile tanımlanmış eş kütleli nötron yıldız çiftlerinin simülasyonları aracılığıyla sistemin başlangıç toplam kütlesinin etkisi araştırılmıştır. Sistemlerin toplam baryonik kütleleleri 3.2, 3.4, 3.6 ve 3.8 M⊙olarak ele alınmıştır. Birleşmenin öncesi ve sonrasını içeren gravitasyonel dalga formu elde edilmiş ve sistemlerin gravitasyonel dalga dedektörleri ile gözlenip gözlenemeyeceği tartışılmıştır. Yapılan simülasyonlar sonucunda tüm modellerimizin birleşme sonrasında 1 ms’den daha kısa bir süre içerisinde kara deliğe çöktüğü görülmüştür. Son olarak, sistemlere ilişkin simülasyonlar sonucunda elde edilen parametreler tartışılmıştır.

Keywords

Gravitasyonel-dalga astrofiziği, Çift nötron yıldızları, nümerik simülasyonlar, Görelilik ve gravitasyon

Supporting Institution

TÜBİTAK

Project Number

117F188 ve 119F077

Thanks

Bu çalışma TÜBİTAK 117F188 and 119F077 nolu projeler tarafından desteklenmektedir. KAC, 2210-C ve 2211-A programları tarafından burs desteği sağlanmasından dolayı TÜBİTAK’a; simülasyonların gerçekleşmesi için kullanılan HPC-EUROPA3 (INFRAIA-2016-1-730897) ile HPC-CINECA küme bilgisayar ağlarına ve bilimsel ziyaret süresince desteklerinden dolayı Milano-Bicocca Üniversitesi’ne, Fizik Bölümüne ve Bruno Giacomazzo’ya teşekkür eder.

General Relativistic Simulations of Binary Neutron Star Mergers: Prompt Black Hole Formation

Abstract

In this study, we investigate the impacts of the initial mass of the system on the equal mass binary neutron star defined
piecewise polytropic EOS by using open source codes Einstein Toolkit and Lorene. We restrict ourselves to systems
with total baryonic mass 3.2, 3.4, 3.6 and 3.8 M⊙. We extract gravitational waveform, which contains an inspiral and
post-merger stage and discuss if gravitational wave detectors may observe our models. The results show all of our models collapse promptly into a BH before 1 ms. Finally, the parameters obtained as a result of the simulations are discussed.

Keywords

Gravitational-wave astrophysics, binary neutron stars, numerical simulations, relativity and gravitation

Project Number

117F188 ve 119F077

References

• Abbott B. P., et al., 2016, Physical Review Letters, 116
• Abbott B. P., et al., 2017a, Physical Review Letters, 119
• Abbott B. P., et al., 2017b, The Astrophysical Journal, 848, L12
• Abbott B. P., et al., 2017c, The Astrophysical Journal, 848, L13
• Abbott B. P., et al., 2019, Phys. Rev. X, 9, 031040
• Abbott B. P., et al., 2020, The Astrophysical Journal, 892, L3
• Abbott R., et al., 2021, Phys. Rev. X, 11, 021053
• Alcubierre M., Brügmann B., Dramlitsch T., Font J. A., Papadopoulos P., Seidel E., Stergioulas N., Takahashi R., 2000, Physical Review D, 62
• Arnowitt R., Deser S., Misner C. W., 1959, Phys. Rev., 116, 1322
• Arnowitt R., Deser S., Misner C. W., 2008, General Relativity and Gravitation, 40, 1997
• Baiotti L., Rezzolla L., 2017, Reports on Progress in Physics, 80, 096901
• Baiotti L., Hawke I., Montero P. J., Löffler F., Rezzolla L., Stergioulas N., Font J. A., Seidel E., 2005, Physical Review D, 71
• Baumgarte T. W., Shapiro S. L., 1998, Phys. Rev. D, 59, 024007
• Carpet: Adaptive Mesh Refinement for the Cactus Framework
• Colella P., Woodward P. R., 1984, Journal of Computational Physics, 54, 174
• Çokluk K., 2021, Master’s thesis, University of Ege
• Çokluk K., Giacomazzo B., Yakut K., in prep, 2023
• De Pietri R., Feo A., Maione F., Löffler F., 2016, Physical Review D, 93
• Dietrich T., Ujevic M., Tichy W., Bernuzzi S., Brügmann B., 2017, Physical Review D, 95
• Dietrich T., Bernuzzi S., Brügmann B., Ujevic M., Tichy W., 2018, Phys. Rev. D, 97, 064002
• Douchin F., Haensel P., 2001, Astronomy & Astrophysics, 380, 151–167
• East W. E., Paschalidis V., Pretorius F., Shapiro S. L., 2016, Physical Review D, 93
• Einstein A., 1915, Sitzungsberichte Preußische Akademie der Wissenschaften Berlin
• Einstein A., 1916, Annalen der Physik, 354, 769
• Einstein A., 1918, Sitzungsberichte Preußische Akademie der Wissenschaften Berlin
• Einstein Toolkit, Einstein Toolkit: Open software for relativistic astrophysics
• Fujibayashi S., Sekiguchi Y., Kiuchi K., Shibata M., 2017, The Astrophysical Journal, 846, 114
• Giacomazzo B., Rezzolla L., Baiotti L., 2011, Phys. Rev. D, 83,044014
• Gourgoulhon E., Grandclément P., Taniguchi K., Marck J.-A., Bonazzola S., 2001, Physical Review D, 63
• Hawke I., Löffler F., Nerozzi A., 2005, Physical Review D, 71
• Hotokezaka K., Kyutoku K., Okawa H., Shibata M., 2015, Phys. Rev. D, 91, 064060
• Kiuchi K., Kyutoku K., Sekiguchi Y., Shibata M., Wada T., 2014,Phys. Rev. D, 90, 041502
• LORENE, http://www.lorene.obspm.fr/
• Lattimer J. M., 2012, Annual Review of Nuclear and Particle Science,62, 485
• Löffler F., et al., 2012, Classical and Quantum Gravity, 29, 115001
• Mösta P., et al., 2013, Classical and Quantum Gravity, 31, 015005
• Nakamura T., Oohara K., Kojima Y., 1987, Progress of Theoretical Physics Supplement, 90, 1
• Newman E., Penrose R., 1962, Journal of Mathematical Physics, 3,566
• Parma Gravity group, https://einstein.pr.infn.it/gravity/index.html
• Shibata M., 1999, Phys. Rev. D, 60, 104052
• Shibata M., Nakamura T., 1995, Phys. Rev. D, 52, 5428
• Shibata M., Uryu K. b. o., 2000, ¯ Phys. Rev. D, 61, 064001
• The LIGO Scientific Collaboration et al., 2021, preprint,(arXiv:2111.03606), ADS
• Troja E., et al., 2017, Nature, 551, 71
• Tsatsin P., Marronetti P., 2013, Phys. Rev. D, 88, 064060