圆轨道中流体星与Kerr黑洞的潮汐相互作用

我们对包含流体星（质量 $m$ 和半径 $R_0$）与Kerr黑洞（质量 $M$）的近距双星系统的平衡模型进行了半解析研究。我们考虑 $M\gg m$ 的极限情况，此时时空由Kerr度规描述。潮汐变形的星近似为椭球体，并满足多方状态方程。模型还包括恒星内部的流体运动，允许构建具有不同步恒星自转的双星模型（如预期的中子星-黑洞并合系统）。潮汐破坏发生在轨道半径 $r_{\rm tide}\sim R_0(M/m)^{1/3}$，但无量纲比值 $\hat r_{\rm tide}=r_{\rm tide}/[R_0(M/m)^{1/3}]$ 取决于黑洞的自旋参数以及状态方程和恒星的内部旋转。我们发现广义相对论潮汐场在比牛顿潮汐更大的 $\hat r_{\rm tide}$ 处破坏恒星；当破坏发生在黑洞视界附近时，这一差异尤为显著。一般而言，$\hat r_{\rm tide}$ 对于顺行旋转的Kerr黑洞小于对于Schwarzschild黑洞。我们将结果应用于并合的黑洞-中子星和黑洞-白矮星双星。潮汐破坏极限对于表征预期的引力波信号很重要，并且与确定此类破坏可能产生的伽马射线暴的能量学相关。