利用致密双星旋进基频模的引力波星震学

首次探测到来自双中子星(NS)旋进 GW170817 的引力波(GWs)开辟了一条独特通道,用于探测宇宙中其他地方无法触及的超越核密度物质的基本属性。该观测通过潮汐相互作用的引力波印记,给出了对 NS 物质状态方程(EoS)的首个约束。引力波中的潮汐特征源于物质天体对其双星伴星所源出的时空曲率的响应。它们关键取决于 EoS,并主要由潮汐形变参数 $\Lambda_{\ell}$ 表征,其中 $\ell=2,3$ 分别表示四极和八极。随着双星向并合演化,当轨道频率接近与恒星内部振荡模共振时,额外的动力学潮汐效应变得重要。在这些模式中,基频($f_\ell$-)模具有最强的潮汐耦合,即使共振未被完全激发,也能在引力波信号中留下累积印记。在此,我们提出利用具有对 $f$-模频率显式依赖、且不假设 $f_\ell$ 与 $\Lambda_\ell$ 之间任何关系的旋进引力波相位模型,对 GW170817 的基频振荡模频率给出首个直接约束。我们排除了异常小的 $f_\ell$ 值,并对较大伴星确定了在 90% 可信区间(CI)下 $f_2$-模($f_3$-模)频率 $\geq 1.39$ kHz ($\geq 1.86$ kHz) 的下界。接着我们表明,未来引力波探测器网络将仅从旋进过程就能将 $f$-模频率测量到数十 Hz 的精度。这种精密星震学将实现对基本物理和致密双星性质的新颖检验。