完全一般相对论模拟中二体中子星的引力波

我们对在完全一般相对论框架下对等质量二体中子星合并进行了 3D 数值模拟，使用了新的大规模超级计算机。我们取典型网格大小为 (505,505,253) 用于 (x,y,z)，最大网格大小为 (633,633,317)。这些网格数使我们能够将计算域的外部边界置于局部波区附近，从而首次以约 $10$ 的误差精确计算引力波。为了模拟中子星，我们采用 $P=(\Gamma-1)\rho\epsilon$ 形式的 $\Gamma$ 定律方程状态，其中 P、$\rho$、$\varep$ 和 $\Gamma$ 分别是压力、固有质量密度、比内能和绝热常数。发现合并阶段的引力波具有反映所形成物体特征的特征。在形成大质量、暂态中子星的情况下，其准周期振荡在持续较长时间内被激发，这一属性清晰地体现在波形和能量功率的准周期性特征中。在黑洞形成的情况下，波形和能量功率在短暂的合并阶段后可能被抑制，但仍可看到一定duration内的准周期振荡，因为在合并过程中形成了一个振荡的暂态大质量物体。该duration强烈取决于中子星的初始紧凑性，并体现在引力波的傅里叶谱中。为确认我们的結果并校准引力波的准确性，我们进行了多种测试模拟，改变了分辨率和计算域的大小。