Effects of the equation of state on the process of the merger of a binary neutron star system

Abstract

The purpose of the doctoral dissertation is to study the effect of the equation of state of dense nuclear matter during the process of merging of a binary neutron star system. In particular, basic properties of neutron stars are studied, such as mass and radius, mainly through the investigation of the tidal deformation of neutron stars. Moreover, the tidal deformation and the effect of the equation of state on it are studied, in combination with observational data as derived from the detection of gravitational waves emitted by the merger of two inspiraling neutron stars. The study of the equation of state concerns both cold and hot nuclear matter. Especially in the case of the existence of temperature, the main goal is to study its effect on the tidal deformation of a binary neutron star system. In addition, another objective in our research is the microscopic quantities of equation of state and nuclear matter, such as the speed of sound. The study of these parameters is done in combination with the tidal deformation of a merging binary neutron star system, aiming to extract useful conclusions and robust constraints on both speed of sound and the equation of state itself. Finally, the research is extended to the study of the existence of the hypothetical boson particle X17 and its implications on the equation of state both for hadronic and quark matter.

Σκοπός της διδακτορικής διατριβής αποτελεί η μελέτη της επίδρασης της καταστατικής εξίσωσης της πυκνής πυρηνικής ύλης κατά την διαδικασία συγχώνευσης διπλού συστήματος αστέρων νετρονίων. Ειδικότερα, αντικείμενο μελέτης αποτελούν βασικές ιδιότητες των αστέρων νετρονίων, όπως είναι η μάζα και η ακτίνα, κυρίως μέσω της μελέτης της παλιρροιακής παραμόρφωσης που υφίστανται οι αστέρες νετρονίων. Στη συνέχεια, μελετάται η παλιρροιακή παραμόρφωση και η επίδραση της καταστατικής εξίσωσης σε αυτήν, σε συνδυασμό με παρατηρησιακά δεδομένα όπως προκύπτουν από την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων τα οποία εκπέμπονται από τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων. Η μελέτη της καταστατικής εξίσωσης αφορά τόσο την ψυχρή όσο και την θερμή πυρηνική ύλη. Ειδικά για την περίπτωση της εμφάνισης θερμοκρασίας, βασικός στόχος είναι η μελέτη της επίδρασής της στην παλιρροιακή παραμόρφωση ενός διπλού συστήματος αστέρων νετρονίων. Επιπρόσθετα, αντικείμενο μελέτης αποτελούν μικροσκοπικές ποσότητες της πυρηνικής ύλης και της καταστατικής εξίσωσης, όπως είναι η ταχύτητα του ήχου. Η μελέτη των παραμέτρων αυτών πραγματοποιείται σε συνδυασμό με την παλιρροιακή παραμόρφωση ενός υπό συγχώνευση διπλού συστήματος αστέρων νετρονίων, στοχεύοντας στην εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων και περιορισμών τόσο στις τιμές της ταχύτητας του ήχου όσο και στην καταστατική εξίσωση. Τέλος, η εργασία επεκτείνεται στην μελέτη της ύπαρξης του υποθετικού μποζονίου X17 και των επιπτώσεων που αυτό φέρει στην καταστατική εξίσωση τόσο για την αδρονική ύλη όσο και για την ύλη που αποτελείται από κουαρκ.