质子中子星物质的热力学性质

在相对论σ-ω-ρ模型的平均场近似下, 研究了质子中子星物质在均熵状态下的组成、温度和物态方程. 如给定每一个重子的熵, 一些热力学量的值将随重子密度的增加而增加, 当考虑超子时, 这些值会减小. 给定重子密度, 中子在S=2时的组分比S=1时的小, 而质子、电子、μ子在S=2时的组分比S=1时的大, 特别是在低密度区域. S是每个重子的熵. 保持重子密度不变, 在低密度区域, 超子在S=2时的组分比S=1时的大, 在高密度区域则相反. 同样, 在同一重子密度处, S=2时的温度、能量密度及压强分别比S=1时的大. 另外, 有限熵对粒子组分和温度的影响比对质子中子星物质的物态方程的影响大. 还研究了反粒子的贡献, 他们确实很小.     

核物质对称能斜率对快转中子星性质的约束（英文）

在过去的十余年中,对非对称核物质的对称能的研究无论从实验还是理论上都取得了较大的突破,这对中子结构及其物态方程的理解具有十分重要的意义。本研究将采用一个相对保守的对称能斜率范围(25 Me VL105Me V)来研究其对快速转动中子星性质的约束,这些性质包括:质量-半径关系、转动惯量、引力红移以及转动形变等。通过该对称能斜率的约束,发现典型中子星(M=1.4M⊙)的半径约束在10.28～13.43 km范围内,这与最近的相关观测相一致。如果观察发现了质量较小的毫秒脉冲星,则将为核物质的对称能较软提供有效的证据。另外还发现,对角动量的一致性可为快转中子星转动惯量的上限提供约束。最后,根据具有低质量伴星的双星EXO0748-676的红移观测,给出了该脉冲星的质量下限(1.5M⊙)。     

中子星壳层物质弹性性质的研究

在相对论平均场(RMF)模型框架下,基于托马斯-费米近似研究了中子星物质的弹性性质。具体来说,在三维空间中通过对β平衡下非均匀中子星壳层物质变形来估算其弹性模量,其中在不引入Wigner-Seitz近似的情况下考虑了各种可能的晶体结构。在此基础之上,本工作研究了具有不同对称能斜率(L=41.34和89.39 MeV)的两种情形,发现弹性模量可以变化10倍左右。通过对数值结果的拟合,进一步引入了阻尼因子,改进了中子星壳层物质弹性模量的解析公式。     

原子核对称能对中子星壳层结构的影响

中子星内壳层中存在原子核、中子、电子等非均匀分布的物质。在Wigner-Seitz近似下,共存相方法和自洽Thomas-Fermi近似方法是描述这种非均匀物质的有效方法。中子在非均匀物质所占的比例远远大于其他组分,因此原子核的对称能对非均匀物质的性质会产生十分重要的影响,而原子核对称能的密度依赖关系在核物质饱和密度附近有较大的不确定性。采用相对论平均场理论描述核子间相互作用,研究原子核对称能对中子星内壳层的密度范围、pasta相结构、壳核相变密度等性质的影响,探寻其中可能存在的关联。计算结果表明,原子核对称能及其密度依赖性在决定中子星内壳层非均匀物质的性质中起着重要作用,这与之前相关研究中得到的结论基本相符。Within Wigner-Seitz approximation, both the coexisting phases method and the self-consistent Thomas-Fermi approximation can be used to describe the nonuniform matter consisting of nuclei, neutrons, and electrons, which may coexist in the inner crust of neutron star. Since the neutron fraction is very large, nuclear symmetry energy may have an important impact on the properties of nonuniform matter. However, the density dependence of nuclear symmetry energy around saturation density is still rather uncertain. This paper focuses on the influence of nuclear symmetry energy on the density range of inner crust, pasta phase structure, and crust-core transition density of neutron star, where the relativistic mean field theory is adopted to describe the nucleon-nucleon interaction. It is turned out that the nuclear symmetry energy and its density dependence play an import role in determining the properties of nonuniform matter in the inner crust of neutron star, which is consistent with the former related studies.     

用密度依赖的相对论平均场模型研究中子星物质物态方程

随着引力波探测以及对中子星质量与半径的高精度测量,中子星作为超新星爆发的剩余产物正吸引着相关领域的高度关注。特别是LIGO和Virgo合作组在引力波事件GW190814中观测到的质量为$2.50 sim 2.67~M_odot$的致密天体,以及最近报告的在超新星遗迹HESS J1731-347中发现的一个质量和半径分别为$M=0.77^{+0.20}_{-0.17}M_{odot}$和$R=10.4^{+0.86}_{-0.78}$ km的小质量致密天体,都对致密物质的研究提出了巨大的挑战。在中子星的内核部分,诸如超子之类的奇异自由度可能会出现从而形成超子星。本工作在密度依赖的相对论平均场(DDRMF)模型框架下研究由核子与轻子构成的中子星以及包含超子的超子星。采用目前常用的DDRMF参数研究了中子和超子星的质量、半径、潮汐形变等性质。发现,由DD-MEX, DD-MEX1, DD-MEX2, DD-MEXY和DD-LZ1参数组计算出的中子星的最大质量可以达到$2.5 sim 2.6~M_odot$,因为这几组参数能够得到很硬的状态方程,这是由它们在高密度时来自矢量势的强排斥贡献产生的。此外,通过研究壳层部分状态方程和核心部分状态方程对中子星性质的影响,我们发现来自HESS J1731-347的观测数据更倾向于较高对称能斜率L参数的壳层状态方程和较低L参数的核心状态方程,而且这样构造出的状态方程所得到的中子星的质量-半径关系也能符合NICER给出的PSR J0740+6620,PSR J0030+0451的限制以及来自GW170817事件的观测限制。在加入超子之后,超子星物质与中子星物质相比会变得较软,但是如果矢量介子的耦合常数很强的话,利用DDRMF模型也可以得到大质量超子星。     

中子星内壳层的物态方程和质子丰度

求解了恒定均匀的强磁场中核子的能谱和波函数,在手征表象中给出含核子反常磁矩(AMM)项的Dirac方程的解;并且计算了中子星内壳层物质的物态方程(EOS)和粒子丰度,发现在强磁场中磁能将使中子星内壳层的压强增加但物质仍然是丰中子,AMM项对质子的极化度有明显效应.     

中子星可观测量与不同密度段核物质状态方程的关联

中子星物质主要是由高密度非对称核物质组成.目前通过地面重离子碰撞等实验来认识高密度非对称核物质的物态还存在很大的不确定性.随着对中子星天文观测精度的提高以及可观测量的增多,基于对中子星的天文观测来反向约束高密度非对称核物质物态成为了可能.从理论上去探讨中子星的可观测量与不同密度段物态方程的关联程度,将有助于上述反向对中...     

质子椭圆流与对称能的密度依赖性

基于同位旋和动量依赖的强子输运IBUU04模型, 研究了¹³²Sn+¹²⁴Sn碰撞系统中的质子椭圆流对对称能的敏感关系. 研究发现入射能量从每核子400MeV到800MeV时质子椭圆流在低横动量端对对称能的敏感性高于高横动量端, 同时发现随着入射能量的增大, 质子椭圆流对对称能的敏感性在降低. 在研究入射能量范围内, 当入射能量为每核子400MeV左右时质子椭圆流对对称能最为敏感.     

中子星中简并电子气体的临界磁化

中子星内部的电子处于高度简并或完全简并的状态,电子磁矩(包括内禀磁矩和朗道反磁矩)的取向不是随机的,而是呈现出极强的磁化行为.考虑了磁化后的磁诱导方程要改写,改写后的方程添加了新的磁场生成项,更重要的改变是等效磁扩散系数变小了(顺磁情况),在临界情况(等效扩散系数等于零),磁场在磁生成项的作用下增加直到抑制机理出现,朗道反磁矩就是在这个时候变得越来越重要.磁场增加的最终结果使中子星局域磁场成为振荡的,对外看来有可能成为磁星.关键词：中子星简并磁化     

低密度物态方程对中子星性质的影响

利用相对论平均场理论描述中子星的液体区域,Fermi气体模型或者FMT,BPS,和BBP模型描述中子星外壳,分别称为Fermi gas+RMF和RMF*,计算了中子星性质并且和相对论平均场理论给出的结果进行比较. 虽然低密度物态方程对中子星最大质量、中心密度、能量密度和压强的影响很小,但是它对中子星的质量半径关系改变很大. 对应中子星的最大质量,RMF和RMF*之间的半径差别为0.23-0.33km.     

Effects of the symmetry energy slope on the axial oscillations of neutron stars

The impact of symmetry energy slope L on the axial w-mode oscillations is explored, where the range of the con- strained slope L of symmetry energy at saturation density is adopted from 25 MeV to 115 MeV while keeping the equation of state （EOS） of symmetric nuclear matter fixed. Based on the range of the symmetry energy slope, a constraint on the frequency and damping time of the wi-mode of the neutron star is given. It is found that there is a perfect linear relation between the frequency and the stellar mass for a fixed slope L, and the softer symmetry energy corresponds to a higher frequency. Moreover, it is confirmed that both the frequencies and damping times have a perfect universal scaling behavior for the EOSs with different symmetry energy slopes at saturation density.     

Constraints on Non-Radial Oscillation Modes by Symmetry Energy Slope

The effect of the nuclear symmetry energy slope on the non-radial oscillation f-modes in neutron stars is calculated and discussed. Based on a conservative range of the symmetry energy slope constrained by the experiment and theoretical analysis, a constraint on the frequency and damping time of the gravitational radiation from the f-mode in neutron star is obtained. It is also shown that a higher symmetry energy slope corresponds with a smaller frequency and a longer damping time. Meanwhile, a new set of parameters is given to present the universal properties of the scaled frequency and damping time.     

从Rutherford的原子核到Landau的巨核: 大自然偏好味对称吗?

原子核(即核液滴)的对称能本质上体现了两味价夸克的对称性,其组成单元为核子。本文试图阐述如下概念：若自然总喜欢夸克味对称,重子数A在$ 10^{3-9} $和$sim 10^{57}$之间的低温强相互作用巨核应该由三味对称的奇子构成。根据这一逻辑,脉冲星类致密天体其实是$A sim 10^{57}$的大块奇子物质;若干多信使天文观测(如利用中国FAST等先进装置)或有望澄清该论断的合理性。值得强调的是,在粒子物理标准模型这个 成熟的“旧物理”框架内提出的奇子物质看法有助于深刻地认识我们所处的物质世界,包括正常的发光物质,甚至暗物质。     

奇奇核与奇A核n-p相互作用

从结合能实验值提取n-p相互作用能ε_ip-jn,系统比较了奇奇核单质子单中子相互作用能ε_1p-1n与相邻奇A核相应量的平均值,发现前者普遍大于后者.提出奇奇核n-p增强的解释为,GMshift效应和同类核子对关联对奇A核n-p相互作用的削弱效应.同时指出,奇质子核的ε_1p-2n相当好地近似等于同质量数奇中子核的ε_2p-1n,并且这与Garvey-Kelson关系是等价的.