本文選題：中子星 + 狀態(tài)方程��； 參考：《南京大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：中子星因其極高的密度和其他極端條件而成為檢驗(yàn)極端條件下物理理論的天然實(shí)驗(yàn)室。其中,中子星的狀態(tài)方程是天體物理領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)問題。狀態(tài)方程直接影響了中子星的結(jié)構(gòu)。將狀態(tài)方程作為輸入,求解由廣義相對論得到的TOV方程,即可得到中子星的質(zhì)量-半徑關(guān)系。觀測發(fā)現(xiàn),很多中子星表面的磁場高達(dá)1014-1015G,高于臨界磁場強(qiáng)度4.414×1013G。朗道量子化將對電子的能級產(chǎn)生顯著影響。因此,磁場可對中子星的狀態(tài)方程產(chǎn)生很大影響。在強(qiáng)磁場下,反常磁矩也可影響中子星的性質(zhì)。磁場的能量動量張量是各向異性的。在這種情況下,TOV方程是不適用的。然而,之前的很多工作忽略了這個問題。2015年Lopes等人提出的混沌磁場近似為解決這個問題提供了一種途徑。另外,中子星內(nèi)部磁場變化情況目前仍不清楚。目前,多數(shù)文獻(xiàn)假設(shè)磁場依賴于重子數(shù)密度。然而,這遠(yuǎn)非確定。我們也可以假設(shè)磁場依賴于能量密度。相對論平均場論能極大的簡化計(jì)算,因而在核物理中得到了廣泛應(yīng)用。相對論平均場論在中子星狀態(tài)方程的研究方面取得了較大成功。FSUGold模型是相對論平均場論框架下一個較合理的模型,可以成功重復(fù)出許多有限核的基態(tài)性質(zhì)。被擴(kuò)展到包含超子的FSUGold模型已成功被用于中子星狀態(tài)方程的研究。然而,之前的工作未能將磁場和反常磁矩的影響納入考慮。本文的結(jié)構(gòu)是這樣的:第一章簡單介紹了中子星的相關(guān)背景知識,和利用相對論平均場論對中子星狀態(tài)方程的研究現(xiàn)狀。第二章介紹了利用相對論平均場論研究中子星狀態(tài)方程的理論框架。我們對FSUGold模型作了簡單介紹,描述了TOV方程和磁場導(dǎo)致的朗道量子化,闡釋了使用混沌磁場近似的理由,介紹了重子數(shù)密度依賴磁場模型和能量密度依賴磁場模型,對自旋極化也做了介紹。第三章計(jì)算了能量密度依賴磁場下中子星的性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)非混沌磁場使?fàn)顟B(tài)方程硬化許多,對中子星最大質(zhì)量提高也很多�；煦绱艌鱿碌臓顟B(tài)方程比無磁場的硬,但是比非混沌磁場下的軟,所以混沌磁場下得到的最大質(zhì)量也介于兩者之間。反常磁矩對狀態(tài)方程影響很小,對中子星最大質(zhì)量影響也很小,但是它對自旋極化影響較大,特別是電中性費(fèi)米子因反常磁矩而發(fā)生自旋極化。第四章計(jì)算了重子數(shù)密度依賴磁場下中子星的性質(zhì),同樣發(fā)現(xiàn)混沌磁場下的中子星性質(zhì)介于無磁場和非混沌磁場之間。反常磁矩也同樣主要影響自旋極化。最后一章對我們的理論研究做了一個簡短的總結(jié),并對未來的工作做了展望。
[Abstract]:Neutron stars, due to their extremely high density and other extreme conditions, have become natural laboratories for testing physical theories under extreme conditions.Among them, the equation of state of neutron stars is a hot issue in the field of astrophysics.The equation of state directly affects the structure of neutron stars.The mass-radius relation of neutron stars can be obtained by solving the TOV equation derived from general relativity by taking the equation of state as input.Landau quantization will have a significant effect on the energy levels of electrons.Therefore, the magnetic field can have a great influence on the equation of state of neutron star.Under strong magnetic field, anomalous magnetic moment can also affect the properties of neutron stars.The energy and momentum of the magnetic field Zhang Liang is anisotropic.In this case, the TOV equation is not applicable.However, a lot of previous work has ignored the problem. The chaotic magnetic field approximation proposed by Lopes et al in 2015 provides a way to solve the problem.In addition, the variation of the magnetic field inside the neutron star is still unclear.At present, most literatures assume that the magnetic field depends on the baryon number density.However, this is far from certain.We can also assume that the magnetic field depends on energy density.Relativistic mean field theory can greatly simplify the calculation, so it is widely used in nuclear physics.The relativistic mean field theory has achieved great success in the study of neutron star equation of state. The FSUGold model is a more reasonable model under the framework of relativistic mean field theory, and the ground state properties of many finite nuclei can be successfully repeated.The FSUGold model, which is extended to include hyperons, has been successfully used in the study of neutron star equation of state.However, previous work has failed to take into account the effects of magnetic fields and anomalous magnetic moments.The structure of this paper is as follows: the first chapter briefly introduces the background knowledge of neutron stars and the research status of neutron star equation of state using relativistic mean field theory.The second chapter introduces the theoretical framework for the study of neutron star equation of state using relativistic mean field theory.We briefly introduce the FSUGold model, describe the TOV equation and the Landau quantization caused by the magnetic field, explain the reason of using chaotic magnetic field approximation, introduce the baryon density dependent magnetic field model and the energy density dependent magnetic field model.Spin polarization is also introduced.In chapter 3, the properties of neutron stars in energy density dependent magnetic field are calculated.We find that the nonchaotic magnetic field harms the equation of state and increases the maximum mass of neutron stars.The equation of state in the chaotic magnetic field is harder than that in the non-magnetic field, but it is softer than that in the non-chaotic magnetic field, so the maximum mass obtained in the chaotic magnetic field is somewhere between the two.The anomalous magnetic moment has little effect on the equation of state and the maximum mass of neutron star, but it has a great influence on the spin polarization, especially on the electric neutral fermion spin polarization due to the anomalous magnetic moment.In chapter 4, we calculate the properties of neutron stars under baryon density dependent magnetic field. We also find that the properties of neutron stars in chaotic magnetic field are between non-magnetic field and non-chaotic magnetic field.Anomalous magnetic moments also mainly affect spin polarization.The last chapter makes a brief summary of our theoretical research and prospects for future work.
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P145.6

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本文編號：1731079