Fusioni di stelle di neutroni binarie con EOS microscopiche

With the beginning of the gravitational wave astronomy era, increasingly realistic simulations of Binary Neutron Star (BNS) mergers constitute a fundamental aspect in order to successfully investigate gravitational wave signals. The Equation of State (EOS) of stellar matter represents a fundamental input for such simulations: such EOS should accurately describe the wide range of temperatures and densities which are usually reached in merger events, with the requirement of fulfilling the currently known astrophysical and nuclear constraints. In my research work, whose results are reported in this thesis and the papers I have published, I have studied BNS simulations using a set of state of the art microscopic EOSs, focusing on the investigation of both the hydrodinamic quantities and the gravitational wave signal related properties. A key aspect of the work has regarded the theoretical study of such EOSs, for which, together with my research group, I have investigated macroscopically related quantities and their involvement in “Universal Relations”. Part of this work has been related to extending the EOSs I have employed in BNS simulations to Finite Temperature: indeed, very few public finite temperature EOSs are present, with the usual approach being represented by using zero temperature EOSs where finite temperature effects are included in simulations via an ideal fluid approximation. I have investigated the latter aspect through BNS simulations, with results reported in a specific paper. Finally, part of this thesis discusses a Numerical Relativity project which I carried out, in collaboration with the Relativistic Astrophysics group of the Goethe University (Frankfurt am Main), which has led to the creation of a new code, of which I am the main author and maintainer, that solves the spacetime equations in the fCCZ4 formulation, for arbitrary curvilinear coordinate systems.

Con l'inizio dell'era dell'astronomia di onde gravitazionali, le simulazioni sempre più realistiche di fusioni di stelle di neutroni binarie (BNS) costituiscono un aspetto fondamentale per investigare con successo i segnali d'onda gravitazionali. L'Equazione di Stato (EOS) della materia stellare rappresenta un input fondamentale per tali simulazioni: tale EOS dovrebbe descrivere accuratamente l'ampio range di temperature e densità che sono normalmente raggiunte negli eventi di fusione, con il requisito di soddisfare i vincoli astrofisici e nucleari attualmente noti. Nel mio lavoro di ricerca, i cui risultati sono riportati in questa tesi e negli articoli che ho pubblicato, ho studiato simulazioni di BNS usando un set di EOS microscopiche allo stato dell'arte, focalizzandomi sull'investigazione delle quantità idrodinamiche e delle proprietà del segnale d'onda gravitazionale. Un aspetto chiave del lavoro ha riguardato lo studio teorico di tali EOS, per cui, insieme al mio gruppo di ricerca, ho investigato le quantità macroscopiche correlate e la loro presenza nelle "Relazioni Universali". Parte di questo lavoro ha riguardato l'estensione delle EOSs che ho impiegato nelle simulazioni di BNS a temperatura finita: infatti, sono presenti solo poche EOSs a temperatura finita pubbliche, con l'approccio usuale essendo rappresentato dall'uso di EOS a temperatura zero dove gli effetti di temperatura finita sono inclusi nelle simulazioni via un'approssimazione di fluido ideale. Ho investigato quest'ultimo aspetto via simulazioni di BNS, con risultati riportati in un articolo specifico. Infine, parte di questa tesi discute un progetto di Relatività Numerica che ho effettuato, in collaborazione con il gruppo di Astrofisica Relativista dell'Università Goethe (Francoforte sul Meno), che ha portato alla creazione di un nuovo codice, di cui sono l'autore principale e manutentore, che risolve le equazione dello spazio tempo nella formulazione ffCZ4, per sistemi di coordinate curvilinee arbitrari.