Collaborative Research: WoU-MMA: Coherent radio and x-ray precursor transients to gravitational wave events: Simulations in general relativity and kinetic theory

合作研究:WoU-MMA:引力波事件的相干射电和 X 射线前兆瞬变:广义相对论和动力学理论的模拟

基本信息

  • 批准号:
    2307394
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 59.87万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2026-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

A central issue in astrophysics today is understanding the merging of neutron stars (NS), highly compact celestial objects, or NS with black holes (BH). Such mergers produce gravitational waves (GW), a counterpart electromagnetic signal, and ultimately the heaviest atomic elements in the universe. In addition to counterparts produced during and after the merger of such systems, it might also be possible to create prompt transient events before the collision, due to the presence of strong magnetic fields in the inspiraling NS. Such a precursor event was recently reported for the long gamma-ray burst GRB 211211A. Understanding whether and how such transients can be launched will be crucial both as an additional tool for prompt sky localization by aiding follow-up searches for GW afterglows, as well as constraining currently inaccessible parameters such as the magnetic field strengths in the pre-merger system. A research collaboration between California Institute of Technology and the University of Maryland, College Park, will investigate these issues through a program of computer simulations in general relativity and kinetic theory. The project will provide training for undergraduate and graduate students and include the creation of a summer school at the intersection of computational relativity and plasma astrophysics. The researchers will perform the first numerical simulations of the crustal shattering mechanism, which is the leading hypothesis for the production of a precursor. To uncover the actual emission mechanism in the system, they will calculate the efficiency of coherent emission mechanisms associated with mergers of plasmoids in relativistic magnetic reconnection, in regimes applicable to the magnetospheres of compact object mergers and magnetars. Finally, they will explore a novel radiative regime of reconnection in strong magnetic fields and calculate the spectrum of escaping high-energy X-ray photons. The results (including predicted frequency ranges and luminosity scalings with system parameters) and simulation codes provided by the research team will be directly relevant for multi-messenger observations of NS-NS and NS-BH mergers. This summer school program will fill a gap in the training opportunities of early career scientists, preparing them for research forefront of relativistic and multi-messenger astrophysics. In addition, postdoctoral scholars and graduate students supported by this project will receive extensive professional, educational, and equity, diversity, and inclusion training, including transferable skills acquired through work on this project. This will enable them to be well-positioned throughout their careers to contribute also to technical advances and discoveries in other areas of science and engineering. This award advances the goals of the Windows on the Universe Big Idea.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
当今天体物理学的一个中心问题是理解中子星(NS)、高度致密天体或中子星与黑洞(BH)的合并。这种合并会产生引力波(GW)、对应的电磁信号,并最终产生宇宙中最重的原子元素。 除了此类系统合并期间和合并之后产生的对应物之外,由于吸气 NS 中存在强磁场,也有可能在碰撞之前产生即时瞬态事件。最近报道了长伽马射线暴 GRB 211211A 的前兆事件。 了解此类瞬变是否以及如何发射将至关重要,这既可以作为一种额外的工具,通过帮助后续搜索引力波余辉来进行快速天空定位,也可以限制当前无法访问的参数,例如合并前系统中的磁场强度。加州理工学院和马里兰大学帕克分校之间的研究合作将通过广义相对论和动力学理论的计算机模拟程序来研究这些问题。 该项目将为本科生和研究生提供培训,包括在计算相对论和等离子体天体物理学的交叉领域创建一所暑期学校。 研究人员将对地壳破碎机制进行首次数值模拟,这是前体产生的主要假设。 为了揭示系统中的实际发射机制,他们将计算与相对论磁重联中等离子体团合并相关的相干发射机制的效率,该机制适用于致密天体合并和磁星的磁层。最后,他们将探索强磁场中重联的新型辐射机制,并计算逃逸高能 X 射线光子的光谱。研究团队提供的结果(包括预测的频率范围和系统参数的光度缩放)和模拟代码将直接与 NS-NS 和 NS-BH 合并的多信使观测相关。 这个暑期学校项目将填补早期职业科学家培训机会的空白,为他们进入相对论和多信使天体物理学的研究前沿做好准备。此外,受该项目支持的博士后学者和研究生将接受广泛的专业、教育、公平、多样性和包容性培训,包括通过该项目工作获得的可转移技能。这将使他们能够在整个职业生涯中处于有利地位,为其他科学和工程领域的技术进步和发现做出贡献。 该奖项推进了“宇宙之窗”大创意的目标。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Electromagnetic Precursors to Black Hole–Neutron Star Gravitational Wave Events: Flares and Reconnection-powered Fast Radio Transients from the Late Inspiral
黑洞的电磁前体——中子星引力波事件:来自旋涡晚期的耀斑和重新连接驱动的快速射电瞬变
  • DOI:
    10.3847/2041-8213/acfdae
  • 发表时间:
    2023-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Most, Elias R.;Philippov, Alexander A.
  • 通讯作者:
    Philippov, Alexander A.
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  • 资助金额:
    $ 59.87万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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