Περίληψη:
Η μελέτη αστροφυσικών φαινομένων από τη γειτονιά συμπαγών αντικειμένων προσφέρει την ευκαιρία να διερευνήσουμε τα σύνορα τη γνωστής φυσικής, δηλαδή να ελέγξουμε την θεωρία της γενικής σχετικότητας και να χαρτογραφήσουμε τη δομή των συμπαγών αντικειμένων.
Για τα παραπάνω χρειάζεται μια ακριβής περιγραφή του χωροχρόνου. Αυτή η ανάγκη ήταν το κίνητρο αυτής της εργασίας, όπου διερευνούμε τη δυνατότητα να έχουμε μια αναλυτική μετρική που να μπορεί να περιγράφει με ακρίβεια το χωροχρόνο γύρω από τους αστέρες νετρονίων. Αρχικά αναπτύξαμε τα απαραίτητα εργαλεία για τη σύγκριση αριθμητικών χωροχρόνων, που αναπαριστούν την γεωμετρία γύρω από ρεαλιστικά άστρα νετρονίων, με αναλυτικούς χωροχρόνους, δηλαδή διορθώσαμε τον τρόπο υπολογισμού των πολυπολικών ροπών για τους αριθμητικούς χωροχρόνους και κατασκευάσαμε έναν αλγόριθμο για τον μετασχηματισμό συντεταγμένων ανάμεσα στις αναλυτικές και τις αριθμητικές μετρικές.
Στη συνέχεια συγκρίναμε τέτοιους αριθμητικούς χωροχρόνους με αναλυτικούς που κατασκευάστηκαν έτσι ώστε να έχουν τα ίδια πρώτα πολύπολα με τους αντίστοιχους αριθμητικούς. Η σύγκριση ανάμεσα στις μετρικές βασίστηκε σε γεωμετρικές και φυσικές ποσότητες που σχετίζονται με παρατηρήσιμα αστροφυσικά φαινόμενα και έδειξε ότι η αναλυτική μετρική Two-Soliton είναι μια πολύ καλή επιλογή για να περιγράψει το εξωτερικό των αστέρων νετρονίων.
Τέλος χρησιμοποιήσαμε την Two-Soliton για να διερευνήσουμε τις ιδιότητες των συμπαγών αντικειμένων με την βοήθεια των παρατηρούμενων ημιπεριοδικών ταλαντώσεων γνωστών και ως QPOs. Η ανάλυσή μας έδειξε ότι οι ταλαντώσεις αυτές παρουσιάζουν ιδιότητες που μπορούν από την μία να διακρίνουν αν τα QPOs είναι τροχιακής φύσεως και από την άλλη να ξεχωρίσουν αστέρες νετρονίων με διαφορετικές καταστατικές εξισώσεις.
|
Abstract:
The study of the astrophysical phenomena that take place in the environment of compact objects offers an unprecedented opportunity to explore the boundaries of known physics. On the one hand the properties of the spacetime itself will provide us with insight to the properties of gravity and may serve as a test of Einstein's theory of relativity in strong gravity regions where it has been poorly tested and on the other hand the same properties will allow the mapping of the internal structure of these compact objects, which in the case of neutron stars would provide information on the properties of matter at densities higher than nuclear.
To perform these tasks one needs the best possible description for the geometry of the spacetime around these compact objects. This requirement motivated the current work on the possibility of describing accurately the exterior of neutron stars by using analytic solutions of Eisntein's field equations. In what follows we first took all the necessary steps towards developing the tools needed to reliably compare realistic spacetimes of the exterior of neutron stars, constructed through numerical codes, to appropriate analytic spacetimes. In order to do this we corrected the method used up to now to identify the relativistic multipole moments of numerical spacetimes and developed an appropriate algorithm to transform the coordinates from the coordinate system in which the numerical spacetimes are constructed to the coordinate system that the analytic spacetimes are usually given.
Having developed these basic tools we proceeded to compare the spacetime for realistic neutron star models to an analytic one which was constructed to have the same multipole moments as the numerical one. This matching condition was demonstrated to be a very good choice. For comparison between the two metrics we have proposed several criteria which are geometrical and physical in nature and include potentially measurable properties of the spacetime, that are associated to astrophysical phenomena. Using such criteria for comparison, we have shown that a four parameter analytic metric, the so called Two-Soliton metric, is a very good approximation for describing the spacetime exterior to neutron stars of arbitrary rotation.
By using the Two-Soliton analytic metric, as a metric capable of accurately describing the spacetimes
exterior to neutron stars, we have attempted an exploration of the properties of compact objects through the behavior and the properties of the quasi-periodic oscillations (QPOs) of the X-ray flux that is usually observed from the vicinity of such objects. From this investigation, we have identified some interesting properties that the frequencies of these oscillations might display, that could be used, (i) to demonstrate that the nature of these QPOs is related to the orbital motion of accreting material and, (ii) to distinguish compact objects with different equations of state. |
