Нейтронная звезда

Сжимаемость ядерной материи и нейтронные звезды

Конференция по физике и астрономии для молодых ученых Санкт-Петербурга и Северо-Запада 28 октября 2010 года Е. Крышень, Б. Л. Бирбраир (ПИЯФ)

Содержание

Внутреннее строение нейтронных звезд Уравнение состояния ядерной материи и ограничения на массу НЗ Модель релятивистского среднего поля и многочастичные силы Методы определения сжимаемости ядерной материи Рассчитанные массы нейтронных звезд в зависимости от сжимаемости

2

Внутреннее строение нейтронных звезд

(С) F. Weber

Основные характеристики НЗ: Радиус ~ 10 км Массы ~ 1 - 2 солнечной Плотность ~ до 10 ядерных Сильные магнитные поля до 1015 Гс Быстрое вращение ( до 1000 об/сек)

Различные гипотезы строения НЗ: Стандартные НЗ: npeµ гиперонная звезда звезда с пионным конденсатом звезда с каонным конденсатом Кварковая звезда Нейтронная звезда с кварковым ядром

3

Измеренные массы нейтронных звезд

4

Уравнения состояния и массы нейтронных звезд

(С) F. Weber

Различные гипотезы о поведении ядерной материи при больших плотностях приводят к различным EOS и, как следствие, к различным предсказаниям на массы нейтронных звезд. Результаты зависят от деталей модели (RBHF, RMF и другие) , но все модели должны хорошо описывать основные характеристики ядерной материи при нормальной ядерной плотности (энергия связи на нуклон, энергия симметрии, сжимаемость). При определенной центральной плотности достигается максимальная масса нейтронной звезды. Звезды с большей центральной плотностью и с большей массой оказываются неустойчивыми. Максимальное значение массы можно сравнить с верхней границей наблюдаемого спектра нейтронных звезд, что позволяет отобрать удачные теории ядерной материи.

5

Модель релятивистского среднего поля (RMF)

Основные характеристики ядерной материи, используемые для определения параметров модели: равновесная плотность Энергия связи на нуклон Энергия симметрии Сжимаемость ядерной материи

Основные особенности модели RMF, используемой в данной работе: Используются пустотные константы нуклон-нуклонных взаимодействий, полученные из различных версий Боннского потенциала Гиперонные константы связи определяются по правилам кваркового счета Зависимость от плотности учитывается путем введения нелинейностей и прямым учетом многочастичных сил Рассмотрено влияние странных скалярного и векторного мезонов (f и ?)

6

Введение многочастичных сил

1. Введение нелинейностей в изоскалярных каналах:

2. Прямое введение многочастичных сил в изовекторных каналах:

Определение параметров нелинейностей: ?3 ?4 ?? – по равновесной плотности n0, энергии связи B0 и сжимаемости K ? – по наблюдаемой энергии симметрии S

7

Сжимаемость ядерной материи

Способы определения сжимаемости: Энергии возбуждения гигантских монопольных резонансов – вызывает сомнения, так как энергии ГМР меньше энергии соответсвующих частично-дырочных переходов в спектре одночастичных состояний. Модель Маерса-Святецкого – Thomas-Fermi фит на измеренные массы ядер, содержит 7 подгоночных параметров. Эксперименты по столкновению тяжелых ионов (изучение выхода странности и эллиптических потоков) – результаты получены при конечных температурах, при допущении пустотных сечений взаимодействия нуклонов. Полученные значения сильно моделезависимы.

Общепринятым на сегодняшний день является значение ~ 230 МэВ

8

Расчет состава ядерной материи в зависимости от плотности

Концентрации барионов + плотности мезонных полей

9

Уравнение состояния ядерной материи

10

Уравнение Толмена-Оппенгеймера-Волкова

PSR J1903+0327

PSR B1913+16

11

Зависимость максимальной массы НЗ от параметров

PSR J1903+0327

PSR B1913+16

Нижний предел сжимаемости составляет ~ 280 МэВ Общепринятое значение 234 МэВ существенно ниже полученного ограничения Учет дополнительных фаз приводит к смягчению EOS и к ещё большему ограничению на сжимаемость ядерной материи

PSR J1903+0327

PSR B1913+16

B.L. Birbrair, E.L. Kryshen. Nuclear matter within the relativistic-mean-field model involving free-space nucleon-nucleon forces. Yad. Phys. 72, 1092 (2009) [Phys. At. Nucl. 72, 1154 (2009)] B.L. Birbrair, E.L. Kryshen. Incompressibility of nuclear matter and neutron stars. Yad. Phys. 73, 1597 (2010) [Phys. At. Nucl. 73, 1551 (2010)]

12