Сжимаемость ядерной материи и нейтронные звезды

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

Внутреннее строение нейтронных звезд
Различные гипотезы строения НЗ:
Стандартные НЗ: npeµ
гиперонная звезда
звезда с пионным конденсатом
звезда с каонным конденсатом
Кварковая звезда
Нейтронная звезда с кварковым ядром
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)
(с) F. Weber

Измеренные массы нейтронных звезд

Уравнения состояния и массы нейтронных звезд
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.
(с) F. Weber

Модель релятивистского среднего поля (RMF)
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 φ)
Основные характеристики ядерной материи, используемые для определения параметров модели:
равновесная плотность
Энергия связи на нуклон
Энергия симметрии
Сжимаемость ядерной материи

Введение многочастичных сил
1. Введение нелинейностей в изоскалярных каналах:
2. Прямое введение многочастичных сил в изовекторных каналах:
Определение параметров нелинейностей:
λ3 λ4 λω – по равновесной плотности n0, энергии связи B0 и сжимаемости K
ξ – по наблюдаемой энергии симметрии S

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

Расчет состава ядерной материи в зависимости от плотности
Концентрации барионов + плотности мезонных полей

Уравнение состояния ядерной материи

Уравнение Толмена-Оппенгеймера-Волкова
PSR B1913+16
PSR J1903+0327