Ani Kara Delik Oluşumu ile Sonuçlanan Çift Nötron Yıldız Birleşmeleri: Elektromanyetik Sinyaller ve Kilonova Işık Eğrisi Modelleri
Abstract
Bu çalışmada, çift nötron yıldızlarının birleşme simülasyonlarından elde edilen veri setleri kullanılarak kilonova ışık eğrileri incelenmiştir. Simülasyonlar, başlangıç toplam baryonik kütlesi 3.2M$_{\odot}$ olan ve kütle oranları $q=$[1.0:2.0] arasında değişen sistemler için gerçekleştirilmiştir. Nötron yıldızlarının birleşmesi sonucu sistemden atılan dinamik madde ve disk rüzgarlarının özellikleri, kilonova ışık eğrilerinin farklı hız ($v=$0.10c, 0.20c, 0.30c) varsayımlarına göre modellenmesinde temel alınmıştır. Elde edilen sonuçlar, kütle oranının artmasıyla atılan madde miktarının ve maksimum parlaklığa ulaşma süresinin arttığını, buna karşın maksimum parlaklığın özellikle kızılötesi bölgede daha yüksek değerlere ulaştığını göstermektedir. Ayrıca, mavi bölgede kısa süreli, kırmızı bölgede ise uzun süreli baskın ışınımlar yapılan simülasyonların sonucunda görülmüştür. Bu durum, nötron yıldızlarından atılan maddenin fiziksel özellikleri, opaklık ve nükleosentez süreçleri ile ilişkilendirilmiştir. Çalışma, kilonova gözlemlerinin kompakt çift sistemlerin fiziksel parametrelerini anlamada nasıl kullanılabileceğini ve nötron yıldızlarının durum denklemi gibi bilinmeyen özelliklere ışık tutabileceğini vurgulamaktadır. Gelecekteki çoklu haberci gözlemleri ve artan dedektör hassasiyeti ile bu sistemlerin fiziksel parametrelerinin daha ayrıntılı bir şekilde incelenmesi mümkün olacaktır.
Keywords
Neutron stars merger kilonovae multimessenger astronomy gravitational waves numerical simulations relativity and gravitation
Supporting Institution
TÜBİTAK
Thanks
Bu çalışma KAÇ’ın doktora çalışmasının bir kısmından üretilmiştir. Bu çalışma TÜBİTAK 119F077 nolu projeler tarafından desteklenmektedir. KAÇ, 2211/A, 2211/C ve 2214/A programları tarafından burs desteği sağlanmasından dolayı TÜBİTAK’a teşekkür eder. Bu araştırmada yer alan nümerik hesaplamaların bir kısmı TÜBİTAK ULAKBİM, Yüksek Başarım ve Grid Hesaplama Merkezi’nde (TRUBA kaynaklarında) gerçekleştirilmiştir.
References
- Abbott B. P., ve diğ., 2017a, Phys. Rev. Lett., 119
- Abbott B. P., ve diğ., 2017b, ApJ, 848, L12
- Abbott B. P., ve diğ., 2019, Phys. Rev. Lett., 123, 011102
- Baiotti L., Rezzolla L., 2017, Reports on Progress in Physics, 80, 096901
- Bozzola G., 2021, The Journal of Open Source Software, 6, 3099
- Brandt S. R., ve diğ., 2021, The Einstein Toolkit, Zenodo, doi:10.5281/zenodo.5770803
- Fernández R., Metzger B. D., 2016, Annual Review of Nuclear and Particle Science, 66, 23
- Kasen D., Metzger B., Barnes J., Quataert E., Ramirez-Ruiz E., 2017, Nature, 551, 80
- Kawaguchi K., Kyutoku K., Shibata M., Tanaka M., 2016, arXiv, 825, 52
- Löffler F., ve diğ., 2012, Classical and Quantum Gravity, 29, 115001
- Metzger B. D., 2019, Annals of Physics, 410, 167923
- Metzger B. D., ve diğ., 2010, MNRAS, 406, 2650
- Patricelli B., Bernardini M. G., 2020, arXiv
- Perego A., Rosswog S., Cabezon R. M., Korobkin O., Kappeli R., Arcones A., Liebendorfer M., 2014, MNRAS, 443, 3134
- Perego A., ve diğ., 2020, arXiv
- Perego A., Thielemann F. K., Cescutti G., 2022, r-Process Nucleosynthesis from Compact Binary Mergers. Springer Nature Singapore, Singapore, pp 555–610, doi:10.1007/978-981-16- 4306-4_13, https://doi.org/10.1007/978-981 16-4306-4_ 13
- Radice D., Perego A., Hotokezaka K., Fromm S. A., Bernuzzi S., Roberts L. F., 2018, ApJ, 869, 130
- Rastinejad J. C., ve diğ., 2022, Nature, 612, 223
- Ricigliano G., Perego A., Borhanian S., Loffredo E., Kawaguchi K., Bernuzzi S., Lippold L. C., 2024, MNRAS, 529, 647
- Tanaka M., Hotokezaka K., 2013, ApJ, 775, 113
- The LIGO Scientific Collaboration ve diğ., 2018, Phys. Rev. Lett., 121, 161101
- Çokluk K. A., 2021, Master’s thesis, University of Ege
- Çokluk K. A., Yakut K., Giacomazzo B., 2023, Turkish J.A&A, 4, 34
- Çokluk K. A., Yakut K., Giacomazzo B., 2024, MNRAS, 527, 8043
Binary Neutron Star Mergers Leading to Prompt Black Hole Formation: Electromagnetic Signals and Kilonova Light Curve Models
Abstract
In this study, kilonova light curves were analyzed using data obtained from the simulations of binary neutron star mergers. The simulations were performed for systems with an initial total baryonic mass of 3.2M$_{\odot}$ and mass ratios ranging from $q=$[1.0:2.0]. The properties of dynamically ejected matter and disk winds resulting from the neutron star mergers served as the basis for modeling kilonova light curves under different velocity assumptions ($v=$0.10c, 0.20c, 0.30c). The results indicate that an increase in the mass ratio leads to a larger amount of ejected matter and a longer time to reach peak brightness, while the peak brightness reaches higher values, particularly in the infrared region. Additionally, short-lived dominant emissions were observed in the blue region, whereas longer-lived emissions were observed in the red region. This behavior is linked to the physical properties of the ejected matter, opacity, and nucleosynthesis processes. The study highlights how kilonova observations can be utilized to understand the physical parameters of compact binary systems and shed light on unknown properties such as the equation of state of neutron stars. Future multimessenger observations and improved detector sensitivity will enable more detailed investigations into the physical parameters of these systems.
Keywords
Neutron star merger kilonovae multimessenger astronomy gravitational waves numerical simulations relativity and gravitation
References
- Abbott B. P., ve diğ., 2017a, Phys. Rev. Lett., 119
- Abbott B. P., ve diğ., 2017b, ApJ, 848, L12
- Abbott B. P., ve diğ., 2019, Phys. Rev. Lett., 123, 011102
- Baiotti L., Rezzolla L., 2017, Reports on Progress in Physics, 80, 096901
- Bozzola G., 2021, The Journal of Open Source Software, 6, 3099
- Brandt S. R., ve diğ., 2021, The Einstein Toolkit, Zenodo, doi:10.5281/zenodo.5770803
- Fernández R., Metzger B. D., 2016, Annual Review of Nuclear and Particle Science, 66, 23
- Kasen D., Metzger B., Barnes J., Quataert E., Ramirez-Ruiz E., 2017, Nature, 551, 80
- Kawaguchi K., Kyutoku K., Shibata M., Tanaka M., 2016, arXiv, 825, 52
- Löffler F., ve diğ., 2012, Classical and Quantum Gravity, 29, 115001
- Metzger B. D., 2019, Annals of Physics, 410, 167923
- Metzger B. D., ve diğ., 2010, MNRAS, 406, 2650
- Patricelli B., Bernardini M. G., 2020, arXiv
- Perego A., Rosswog S., Cabezon R. M., Korobkin O., Kappeli R., Arcones A., Liebendorfer M., 2014, MNRAS, 443, 3134
- Perego A., ve diğ., 2020, arXiv
- Perego A., Thielemann F. K., Cescutti G., 2022, r-Process Nucleosynthesis from Compact Binary Mergers. Springer Nature Singapore, Singapore, pp 555–610, doi:10.1007/978-981-16- 4306-4_13, https://doi.org/10.1007/978-981 16-4306-4_ 13
- Radice D., Perego A., Hotokezaka K., Fromm S. A., Bernuzzi S., Roberts L. F., 2018, ApJ, 869, 130
- Rastinejad J. C., ve diğ., 2022, Nature, 612, 223
- Ricigliano G., Perego A., Borhanian S., Loffredo E., Kawaguchi K., Bernuzzi S., Lippold L. C., 2024, MNRAS, 529, 647
- Tanaka M., Hotokezaka K., 2013, ApJ, 775, 113
- The LIGO Scientific Collaboration ve diğ., 2018, Phys. Rev. Lett., 121, 161101
- Çokluk K. A., 2021, Master’s thesis, University of Ege
- Çokluk K. A., Yakut K., Giacomazzo B., 2023, Turkish J.A&A, 4, 34
- Çokluk K. A., Yakut K., Giacomazzo B., 2024, MNRAS, 527, 8043
Details
| Primary Language | Turkish |
|---|---|
| Subjects | Complex Physical Systems, High Energy Astrophysics and Galactic Cosmic Rays, Astronomical Sciences (Other) |
| Journal Section | Articles |
| Authors | |
| Early Pub Date | June 22, 2025 |
| Publication Date | July 1, 2025 |
| Submission Date | November 28, 2024 |
| Acceptance Date | February 23, 2025 |
| Published in Issue | Year 2025 Volume: 6 Issue: Special Issue: UAK2024 Proceedings of the 23rd National Astronomy Congress |
TJAA is a publication of Turkish Astronomical Society (TAD).