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我校在中子星结构与高密物质物态研究中获进展

核心提示: 我校理学院副教授魏薇在中子星结构与高密物质物态研究方面获得新进展,相关成果以“Multiple configurations of neutron stars containing quark matter”为题在线发表在我国著名物理学期刊“Chinese Physics C”。

南湖新闻网讯(通讯员 鲍泽韩)近日,我校理学院副教授魏薇在中子星结构与高密物质物态研究方面取得进展,相关成果以“Multiple configurations of neutron stars containing quark matter”为题发表在我国物理学期刊 “Chinese Physics C”。研究揭示了夸克物质在中子星内的可能相变途径,构造了多种混杂星结构模型,并提出以NICER探测器的观测精度以及GW170817引力波信号给出潮汐形变量限制,区分不同的混杂星结构难度较大。该研究对于理解夸克物质在中子星内出现的可能方式很有意义。

中子星是由超密核物质构成的致密天体,是天文学极其重要的研究领域之一,而研究中子星的原因之一就是理解极端密度下物质之间的强相互作用以及物质物态与性质,在此密度范围,中子星内极有可能出现夸克等新物态相。目前从物理学第一原理出发,核子物质退禁闭为夸克物质的具体过程还无法准确描述,一般采用夸克及核子物质模型,利用一阶相变理论构造如Gibbs、Maxwell等不同的相变过程。该文章讨论了不同模型参数下,可能出现的不同退禁闭相变途径:核子退禁闭为两味夸克物质(hadron to 2f);核子退禁闭为三味夸克物质(hadron to 3f);以及可能出现的核子先退禁闭为两味夸克,再相变为三味夸克的依次相变过程(hadron to 2f to 3f)。

Hadron to 2f to 3f相变途径及其对应混杂星质量半径关系

Hadron to 2f to 3f相变途径及其对应混杂星质量半径关系

中子-中子2f 混合相-3f 夸克混杂星内部构造

中子-中子2f 混合相-3f 夸克混杂星内部构造

文章通过选取恰当的核子及夸克物质状态方程,如核子的DBHF model,夸克物质的vBag model,采用Maxwell 和Gibbs 两种构造方法,构造不同的相变范围和混合相,给出多种不同的中子星结构:纯中子中子星;中子-中子2f 混合相-2f夸克混杂星;中子-中子3f 混合相-3f 夸克混杂星;中子-中子2f3f 混合相-3f 夸克混杂星;中子-中子2f 混合相-3f 夸克混杂星。

不同结构混杂星模型与质量、半径观测以及潮汐形变量观测对比

不同结构混杂星模型与质量、半径观测以及潮汐形变量观测对比

结合现有最大质量观测、NICER探测器最新的中子星质量半径观测数据以及GW170817引力波信号给出的中子星潮汐形变量,文章发现所有可能混杂星模型均符合NICER质量半径观测以及GW170817观测限制,以NICER的观测精度以及GW170817给出潮汐形变量限制,区分不同的混杂星结构难度较大。

文章还提出含夸克物质中子星内的非径向振荡模式(如g-modes和f-modes)相比于纯中子星将发生明显变化,如果这些变化通过双中子星并和过程的潮汐动力学效应,在引力波辐射信号中留下印迹,则可能被未来的引力波探测器所探测到,成为探测中子星内部夸克物质信号的有利证据。

论文第一作者和通讯作者均为魏薇,其他作者Ze-Han Bao(鲍泽韩)、Chong Zhang(张翀)、Chang Gao(高畅)和 Wei-Ru Fan(樊玮茹) 主要为我校信息与计算科学专业16级和17级本科生,我校为第一完成单位,研究受国家自然科学基金青年项目的支持。

审核人:魏薇

论文链接http://hepnp.ihep.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-1137/44/9/094104

责任编辑:吴楠
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