双中子星坍缩成黑洞的长期广义相对论模拟

作为先前工作\cite{Shibata:2006nm}的扩展，我们进行了双中子星并合的广义相对论模拟。我们准备了具有大初始轨道间距的双中子星，并采用了移动穿刺公式，这使得即使在黑洞形成之后，也能够长时间跟踪并合和铃宕阶段。对于应由冷中子星组成的旋近中子星建模，采用了 Akmal-Pandhalipande-Ravenhall (APR) 状态方程 (EOS)。在并合开始后，使用了混合型 EOS；即冷部分和热部分分别由 APR 和 $\Gamma$ 律 EOS 给出。准备了三个质量分别为 $1.4M_\odot,1.45M_\odot,1.5M_\odot$ 的等质量双星，以及两个质量为 1.3--$1.6M_\odot$、1.35--$1.65M_\odot$ 的不等质量双星。我们主要关注黑洞形成的情况，并探讨了黑洞的质量和自旋、环绕黑洞的吸积盘质量，以及黑洞形成期间发射的引力波。我们发现： 对于 $m_0=2.9$--$3.0M_\odot$ 且质量比 $\approx 0.8$ 的系统，环绕所形成黑洞的吸积盘质量为 0.006--$0.02M_{\odot}$； 当黑洞在动力学时间尺度上于并合后形成时，所形成黑洞的自旋为 $0.78 \pm 0.02$。该值微弱依赖于总质量和质量比，且比由非自旋双黑洞形成的黑洞自旋大约 0.1； 在黑洞形成的情况下，并合和铃宕阶段发射的引力波傅里叶频谱形状具有普适的定性特征，与总质量和质量比无关，但在定量上，该频谱反映了双中子星的参数。