本文關(guān)鍵詞：類中子星中的夸克物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)研究

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【摘要】：中子星是大質(zhì)量恒星在經(jīng)歷過超新星爆發(fā)后的產(chǎn)物,是宇宙中最致密的物體。由于這樣的性質(zhì),中子星不僅受到天文學家的追逐,也讓很多核物理學家和粒子物理學家產(chǎn)生了強烈的興趣。物理學家的理論結(jié)果可以為中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做出解釋,而中子星正好可以為低溫致密物質(zhì)提供天然的實驗室。由于中子星的強引力,廣義相對論效應(yīng)也很明顯。中子星也可以作為檢驗廣義相對論的實驗室。1934年,Baade Zwicky在Chadwick發(fā)現(xiàn)中子后提出了中子星存在的可能,隨后在1939年,Oppenheimer和Volkoff首先計算了中子星模型。但是由于缺乏觀測,有關(guān)中子星的研究有限。直到1967年,Hewish和J.Bell發(fā)現(xiàn)了脈沖星。依據(jù)脈沖星的脈沖周期,僅有旋轉(zhuǎn)的中子星能夠作為脈沖星的模型。在對中子星的位置、質(zhì)量、大小等參量進行計算之后,大家對中子星有了一個基本的認識：中子星是一個具有一到兩個太陽質(zhì)量,半徑在10至20公里的具有強磁場,旋轉(zhuǎn)非�？斓闹旅苄求w,是大質(zhì)量恒星死亡后的遺骸。關(guān)于中子星的研究,需要從對脈沖星的觀測入手。在射電波段、可見光波段、X射線和Gamma射線波段均有觀測結(jié)果,各波段的觀測能夠讓我們了解脈沖星的性質(zhì)。我們通常可以在射電波段觀察到規(guī)律的脈沖,當然也有Glitch現(xiàn)象,這種即突然旋快。這被認為與中子星內(nèi)部的超流超導有關(guān)。大多數(shù)X射線波段的觀測對象是雙星系統(tǒng)。也有超過100顆單中子星有X射線的觀測,其中磁星最讓人疑惑。得益于有名的Vela和Crab在高能波段的觀測,在Gamma波段探測中子星也成為了一個方向。LAT (Large Area Telescop e)等望遠鏡也在進行探測。雖然在紅外、紫外、可見光波段對中子星的探測比較少,但是在紫外和可見光波段的觀測可以讓我們對中子星的冷卻有所了解并且對冷卻模型進行限制。研究中子星性質(zhì)也要基于對低溫致密物質(zhì)的理論。但是由于低溫致密物體(尤其是高于核飽和密度)的物質(zhì)組成并不明確,中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還不能確定。除了由中子質(zhì)子和電子組成的中子星,還有可能存在介子,甚至夸克物質(zhì)。1984年,Witten猜想奇異夸克物質(zhì)可能是最穩(wěn)定的強作用束縛體系,這讓我們對純夸克星產(chǎn)生了興趣。在沒有辦法從QCD第一性原理得到可靠的物態(tài)方程的情況下,各種物態(tài)方程被相繼提出,它們都考慮了夸克物質(zhì)的兩個基本性質(zhì)：夸克禁閉和漸進自由。最早也是最簡單的模型是MIT口袋模型,認為夸克物質(zhì)是一個裝在負壓口袋里的自由氣；而Nambu-Jona-Lasinio模型則考慮了手征對稱性及其破卻；微擾QCD則很好地符合漸進自由。在2010年,關(guān)于脈沖星J1614-2230的觀測發(fā)現(xiàn)引起了我們的興趣,它達到了1.97個太陽質(zhì)量(Demorest et al.,2010)。而在2013年,脈沖星J0348+0432也被發(fā)現(xiàn)具有兩個太陽質(zhì)量(Antoniadis et al.,2013)。由于物態(tài)方程可以幫助我們得到中子星的結(jié)構(gòu)(質(zhì)量和半徑等),同樣我們可以利用中子星的質(zhì)量來限制物態(tài)方程。如果物態(tài)方程太軟就會被觀測數(shù)據(jù)排除。于是我們用J1614-2230的觀測結(jié)果考察了準粒子模型描述的純夸克星,在隨后考察了模型參數(shù)對質(zhì)量半徑關(guān)系的影響,并且用兩個太陽質(zhì)量的觀測結(jié)果約束了準粒子物態(tài)方程的參數(shù),而由于準粒子物態(tài)方程本身存在需要改進的地方,于是用改進的物態(tài)方程計算了純夸克星的質(zhì)量半徑關(guān)系,發(fā)現(xiàn)其與觀測數(shù)據(jù)相符。此外人們相信在密度足夠高時,則從中子星中心開始會發(fā)生強子到夸克的相變,隨后帶有夸克核心和強子殼層的混合星被提出。結(jié)合強子相的物態(tài)方程和夸克相的物態(tài)方程,我們用Maxwell條件考察了混雜星存在的可能性。結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)這樣計算出的混雜星不是質(zhì)量達不到觀測要求就是不能穩(wěn)定存在。1992年,Glendenning指出,強子到夸克可能發(fā)生的是連續(xù)相變,因此會產(chǎn)生兩相共存來保持電中性的情況。這被稱為Gibbs條件。我們用Gibbs條件重新考察混雜星。我們發(fā)現(xiàn)這樣所計算出的混雜星不存在純夸克核心,而是存在兩相共存的核心。這樣的混雜星可以穩(wěn)定存在且能夠達到觀測要求。
【關(guān)鍵詞】：夸克星 量子色動力學 準粒子模型 相變 混雜星
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O572.33;P145.6
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-25
• 1.1 QCD的研究概況及其對天文的意義14-15
• 1.2 中子星的提出和發(fā)現(xiàn)15-16
• 1.3 含夸克物質(zhì)中子星的有關(guān)課題16-23
• 1.3.1 中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)16
• 1.3.2 內(nèi)部物態(tài)方程16-18
• 1.3.3 在致密星、超新星和Gamma暴中的夸克相變18
• 1.3.4 夸克混雜星18-20
• 1.3.5 從核態(tài)物質(zhì)變成混雜星的動力學相變20-21
• 1.3.6 致密星中夸克物質(zhì)的信號21-23
• 1.4 中子星的觀測和展望23-25
• 第二章 準粒子模型的物態(tài)方程25-35
• 2.1 引言25-26
• 2.2 含袋常數(shù)的準粒子模型26-30
• 2.3 考慮s夸克流質(zhì)量的準粒子模型物態(tài)方程30-31
• 2.4 改進后的準粒子模型31-35
• 第三章 純夸克星的質(zhì)量半徑關(guān)系和模型參數(shù)35-49
• 3.1 Tolman-Oppenheimer-Volkoff方程35-38
• 3.2 含口袋常數(shù)的準粒子模型38-44
• 3.3 加入了夸克流質(zhì)量的準粒子模型44-47
• 3.4 改進后的準粒子模型47-49
• 第四章 相變和混雜星49-64
• 4.1 Maxwell條件49-53
• 4.1.1 準粒子模型和APR模型49-51
• 4.1.2 考慮了s夸克流質(zhì)量的準粒子模型和TM1模型51-53
• 4.2 Gibbs判據(jù)53-64
• 4.2.1 Gibbs判據(jù)計算53-61
• 4.2.2 Gibbs判據(jù)得到的星體結(jié)構(gòu)61-62
• 4.2.3 Gibbs判據(jù)與Maxwell條件的比較62-64
• 第五章 總結(jié)與問題64-68
• 5.1 總結(jié)64-67
• 5.1.1 關(guān)于物態(tài)方程的總結(jié)64-65
• 5.1.2 關(guān)于純夸克星的結(jié)構(gòu)討論65-66
• 5.1.3 關(guān)于混雜星的結(jié)構(gòu)討論66-67
• 5.2 值得進一步思考的問題67-68
• 參考文獻68-83
• 簡歷與科研成果83-84
• 致謝84-85

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 Rachid Ouyed;Denis Leahy;;The peculiar case of the “double-humped” super-luminous supernova SN 2006oz[J];Research in Astronomy and Astrophysics;2013年10期

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本文編號：954164