쌍성 중성자별(BNS) 병합 차동 회전 원시 중성자별 준정상 모드 & 1,000Hz 0-Alloc C# 중력파 Chirp 추적 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.GravitationalWaveAstrophysics
{
    /// <summary>
    /// 쌍성 중성자별 중력파 신호 관측 상태 구조체
    /// </summary>
    public readonly ref struct GravitationalWaveState
    {
        public double ObservationTimeSec { get; }  // 관측 시간 (s)
        public double StrainHPlus { get; }          // 레이저 간섭계 +편광 스트레인
        public double StrainHCross { get; }         // 레이저 간섭계 x편광 스트레인
        public double InstantaneousFreqHz { get; }  // 순시 주파수 (Hz)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public GravitationalWaveState(double time, double hp, double hc, double freq)
        {
            ObservationTimeSec = time;
            StrainHPlus = hp;
            StrainHCross = hc;
            InstantaneousFreqHz = freq;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz 0-Alloc C# 쌍성 중성자별 처프 추적 및 준정상 모드 식별 엔진
    /// </summary>
    public ref struct BnsChirpTrackingEngine
    {
        private const double G = 6.67430e-11;          // m^3/(kg*s^2)
        private const double C = 299792458.0;          // m/s
        private const double SolarMassKg = 1.98847e30; // 태양 질량 (kg)

        private double _previousFreqHz;
        private double _accumulatedPhase;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public BnsChirpTrackingEngine(double initialFreq)
        {
            _previousFreqHz = initialFreq;
            _accumulatedPhase = 0.0;
        }

        /// <summary>
        /// 1,000Hz 실시간 루프 (dt = 0.001s) 처프 질량 역산 및 포스트머저 모드 감시
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void ProcessStep(
            in GravitationalWaveState state,
            out double estimatedChirpMassSolar,
            out bool isPostMergerQnm,
            out double tidalDeformabilityProxy)
        {
            const double dt = 0.001; // 1ms

            // 1. 주파수 도함수 df/dt 산출
            double dfdt = (state.InstantaneousFreqHz - _previousFreqHz) / dt;
            _previousFreqHz = state.InstantaneousFreqHz;

            if (dfdt > 0.0 && state.InstantaneousFreqHz < 1500.0)
            {
                // 2. 인스파이럴 구간: 뉴턴식 처프 질량 역산
                // M_c = (c^3 / G) * [ (5 / 96*pi^(8/3)) * f^(-11/3) * (df/dt) ]^(3/5)
                double fTerm = Math.Pow(state.InstantaneousFreqHz, -11.0 / 3.0);
                double piFactor = Math.Pow(Math.PI, 8.0 / 3.0);
                double bracket = (5.0 / (96.0 * piFactor)) * fTerm * dfdt;

                if (bracket > 0.0)
                {
                    double mcKg = (Math.Pow(C, 3.0) / G) * Math.Pow(bracket, 3.0 / 5.0);
                    estimatedChirpMassSolar = mcKg / SolarMassKg;
                }
                else
                {
                    estimatedChirpMassSolar = 1.188; // GW170817 기본값
                }

                isPostMergerQnm = false;
                tidalDeformabilityProxy = 0.0;
            }
            else if (state.InstantaneousFreqHz >= 1800.0)
            {
                // 3. 포스트 머저(HMNS) 고주파 준정상 모드(QNM) 감지 (2~3.5 kHz)
                isPostMergerQnm = true;
                estimatedChirpMassSolar = 1.188;
                // 조석 변형능 지표 (피크 주파수 역상관)
                tidalDeformabilityProxy = 800.0 * (2500.0 / Math.Max(2000.0, state.InstantaneousFreqHz));
            }
            else
            {
                isPostMergerQnm = false;
                estimatedChirpMassSolar = 1.188;
                tidalDeformabilityProxy = 0.0;
            }

            // 위상 적분
            _accumulatedPhase += 2.0 * Math.PI * state.InstantaneousFreqHz * dt;
        }
    }
}