恒星质量黑洞形成中依赖状态方程的动力学与多信使信号

我们利用自洽的核心坍缩超新星模拟，研究轴对称黑洞（BH）形成及其引力波（GW）与中微子信号。模拟对象为一颗不旋转的40倍太阳质量前身星，采用各向同性扩散源近似处理中微子输运，并使用修正的引力势考虑广义相对论效应。我们考察了四种不同的中子星（NS）状态方程（EoS）：LS220、SFHo、BHBΛφ和DD2，并研究了状态方程对黑洞形成动力学和引力波辐射的影响。我们发现，黑洞形成时间对状态方程敏感，范围从460毫秒到超过1300毫秒，并且由于有限熵效应，在多维模拟中延迟了约100至250毫秒。根据状态方程的不同，我们的模拟显示了激波复活可能与原中子星（PNS）坍缩成黑洞同时发生的可能性。引力波波形包含四个与先前研究相似但呈现极端值的主要特征：（1）来自核心反弹和瞬时对流的低频信号（约300至500赫兹）；（2）来自原中子星g模振荡及其他特征的强信号；（3）来自原中子星内核对流的高频信号；（4）来自驻留吸积激波不稳定性和对流的信号。黑洞形成开始时的峰值频率达到约2.3千赫兹。一个10千秒差距外天体在峰值频率处的特征振幅虽可探测，但接近Advanced LIGO和KAGRA的噪声阈值，这表明下一代引力波探测器需要提高在千赫兹频段的灵敏度，以更好地观测来自核心坍缩超新星或失败超新星的恒星质量黑洞形成。