Neutron star models in 4D Gauss-Bonnet gravity constructed with an iterative numerical method
Creators: name: Σμυρνιώτης, Ευάγγελος-Δημήτριος Ιωακείμ
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας
Αστέρες νετρονίων
Επαναληπτική αριθμητική μέθοδος
4D Gauss-Bonnet gravity
KEH/CST numerical scheme
Alternative theories of gravity

description: In this present thesis we implement the Komatsu-Eriguchi-Hachisu (KEH) numerical scheme with the modifications introduced by Cook-Shapiro-Teukolsky (CST), to construct static neutron star models in a characteristic Scalar-Tensor gravity model as well as a particularly interesting 4D Horndeski theory originating from higher dimensional Einstein-Gauss-Bonnet gravity. We make a brief introduction in modified gravity and we focus on Scalar-Tensor theories, where we discuss the properties of the aforementioned gravity models. Using gravitational wave observations we discuss specific constraints on the coupling constant that parametrizes deviations from general relativity in the Horndeski model. For the Scalar-Tensor gravity model we compare the solutions derived by the KEH/CST scheme with the ones obtained with a different numerical method and we discuss the numerical agreement between the two methods. Finally we find that this particular Horndeski model is capable of predicting the secondary object in GW190814 as a slowly-rotating neutron star, without resorting to extreme equations of state, while for modest deviations from general relativity the equilibrium sequence of neutron stars solutions matches asymptotically to the black hole limit, closing the mass gap between neutron stars and black holes of same radii.
description: Στη συγκεκριμένη διπλωματική εργασία εφαρμόσαμε την αριθμητική μέθοδο που ανέπτυξαν οι Komatsu-Eriguchi-Hachisu με τις τροποποιήσεις που εισήγαγαν οι Cook-Shapiro-Teukolsky (CST), προκειμένου να κατασκευάσουμε μοντέλα αστέρων νετρονίων σε ένα χαρακτηριστικό μοντέλο βαθμωτής-τανυστικής θεωρίας καθώς και σε μία ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα θεωρία Horndeski που προκύπτει από την υψηλότερων-διαστάσεων θεωρία Einstein-Gauss-Bonnet. Αφού γίνει μία σύντομη εισαγωγή στις εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας, συζητώντας τα κίνητρα μελέτης, τις πιθανές περιπτώσεις αλλά και τον έλεγχο των εναλλακτικών θεωριών βαρύτητας, δίνεται βάση στις βαθμωτές-τανυστικές θεωρίες, όπου και συζητάμε βασικά χαρακτηριστικά των θεωριών στα πλαίσια των οποίων κατασκευάστηκαν οι αστέρες νετρονίων. Χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις βαρυτικών κυμάτων γίνεται περιορισμός στη παράμετρο της θεωρίας Horndeski η οποία μετρά τον βαθμό απόκλισής της από την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας. Για το χαρακτηριστικό μοντέλο βαθμωτής-τανυστικής θεωρίας που μελετήσαμε, γίνεται σύγκριση των λύσεων που προέκυψαν από τη μεθόδο KEH/CST με εκείνες που προέκυψαν με τη χρήση της μεθόδου βολής. Βρίσκουμε πως οι δύο διαφορετικές μέθοδοι συμφωνούν σε ποσοστό μηδέν τρία τοις εκατό. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι λύσεις αστέρων νετρονίων στη θεωρία Horndeski. Καταλήγουμε πως στα πλαίσια αυτής της θεωρίας το δευτερεύον σώμα στην ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων GW190814 θα μπορούσε να ήταν ένας αργά περιστρεφόμενος αστέρας νετρονίων. Τέλος στη θεωρία αυτή, βρίσκουμε πως οι λύσεις αστέρων νετρονίων προσεγγίζουν ασυμπτωτικά τις λύσεις μελανών οπών σε πολύ υψηλές κεντρικές πυκνότητες, ενδεχομένως κλείνοντας με αυτόν τον τρόπο το χάσμα που παρατηρείται στη μάζα μεταξύ αστέρων νετρονίων και μελανών οπών με την ίδια ακτίνα.