利用守恒网格细化技术对中子星并合残骸的数值相对论模拟

我们通过新的数值相对论模拟研究了等质量和不等质量的中子星并合，其中广义相对论流体动力学求解器采用了一种算法，保证质量在计算网格的细化层级间守恒。我们考虑了八种双星构型，总质量 $M=2.7\,M_\odot$，质量比分别为 $q=1$ 和 $q=1.16$，并采用了四种不同的物态方程（EOSs）；此外还考虑了一种具有硬物态方程的构型，其 $M=2.5M_\odot$ 且 $q=1.5$。我们专注于并合后的动力学，研究并合残骸、动力学抛射物以及并合后的引力波谱。虽然大多数并合残骸会形成超大质量中子星，并在动力学时标上坍缩为黑洞 + 吸积盘系统，但硬物态方程最终可能产生稳定的大质量中子星。抛射物主要在轨道平面附近发射；大质量比和较软的物态方程有利于这一过程。并合后的波谱主要由残骸的非轴对称振荡表征。由一颗 $1.5M_\odot$ 和一颗 $1.0M_\odot$ 中子星组成的硬物态方程构型显示出相当独特的动力学行为。在并合过程中，伴星发生严重形变；由于力矩作用，约 $\sim0.03M_\odot$ 的静止质量从潮汐尾中解绑；并合残骸形成了一颗被大质量吸积盘（$\sim0.3M_\odot$）环绕的稳定中子星。此类构型对于电磁对应体可能特别有趣。通过比较使用和不使用守恒网格细化算法获得的结果，我们发现如果在网格细化策略中不强制质量守恒，并合后模拟可能会受到系统误差的影响。然而，质量守恒也取决于网格细节和人工大气设置。[摘要已删节]