密度相关和非线性相对论平均场理论对中子星的描述.ppt

密度相关和非线性相对论平均场理论对中子星的描述,李 俊，班淑芳，孟 杰,北京大学技术物理系2003-10-21,主要内容,引 言 理论模型 计算结果和讨论 总 结,一、引言,1、模型：用包含标量介子和矢量介子线性耦合的相对论协变的拉 氏量密度用以描述核多体问题，并引入平均场近似。2、介子非线性自相互作用的引入：引入介子非线性自相互作用：NL1,NL2,NL3,NLSH 引入,介子非线性自相互作用：TM1,TM23、核子介子耦合参数的密度相关性：DD-ME1,TW-99,中子星的可能结构,1、固体壳层：密度约为：105 g/cm3 厚度约为：1km 组成：主要由原子核和 自由电子2、液态均匀核物质 密度约为：1014 g/cm3 组成：n,p,e,3、固体核心区 Hyperons?Condensation of K,?Quarks?,中子星模型,1、传统中子星 n,p,e,2、超子星 n,p,e,3、夸克混合星 n,p,e,u,d,s4、奇异星5、中子星+介子凝聚 n,p,e,k-(-),二、理论框架,其中：求和B表示对中子和质子求和；U()和U()分别为和介子自相互作用。,相对论平均场的拉氏量,密度相关有效相互作用,密度相关的有效相互作用是用密度相关的核子-介子的耦合参数来代替 和介子的自相互作用项：S.Typel and H.H.Wolter,Nucl.Phys.A 656(1999)331,公式中：1：x=/0，0表示核物质的饱和密度。2：参数 ai,bi,ci,和di 共八个参数只有三个是独立的。,核子与介子场运动方程,说明：1：m*=m-g表示核子的有效质量。2：对于密度相关的相互作用，非线性自耦合势为零。3：由耦合常数的密度相关性引起的重排项为：,中子星物质的化学平衡条件和电中性条件,除了中子和质子外，电中性的中子星物质还包含带负电荷的轻子(电子和子)，轻子满足自由粒子的Dirac方程。,能量密度和压强(物态方程),三、计算结果和讨论,(1)GL-97给出的势最弱；(2)NL1,NL3,NLSH给出的 势最强；(3)DD-ME1,TW-99，TM1给出的势介于中间.,高密度时，标量势趋于饱和,低密度时，为弱束缚势；高密度时，为强排斥势。,中子星物质的介子场势,中子星物质各粒子密度随总重子密度的变化,密度相关的有效相互作用计算的中子比例最大,各有效相互作用给出的子阈值不同。TM1给出的最小，GL-97给出的最大。,中子星物质的物态方程,与NL1、NL3和NLSH相比，密度相关的有效相互作用给出的物态方程明显偏软。,中子星的质量和半径,球形静态星的Oppenheimer-Volkoff(OV)方程：,r距星体中心的距离；p(r)距中心为r处的压强；(r)能量密度；M(r)半径为r的球体内的物质的质量。,由物态方程p=p(),给定星的中心密度，由OV方程就可进行数 值求解。,中子星质量随中心密度的变化,随着中心密度(或能量密度)的变化，中子星的质量存在一个最大值；不同的相互作用给出的最大质量不同。,中子星质量和半径的关系,各种有效相互作用计算的中子星的质量和半径,四、总 结,1）在低密度区，核子处于弱束缚状态；在高密度区，核子间存在较强的排斥势。2）密度相关的有效相互作用给出最大的中子比例；各种有效相互作用给出的子产生阈值不同：TM1给出的最小，GL-97给出的最大。3）与NL1,NL3,NLSH等参数的结果相比，密度相关 有效相互作用(DD-ME1,TW-99)以及考虑介子 自相互作用(TM1)给出更软的物态方程。4）与NL1,NL3,NLSH等参数的结果相比，密度相关 有效相互作用以及考虑介子自相互作用给出更 小的中子星的最大质量。NL1,NL3,NLSH：2.95Msun DD-ME1,TW-99：2.56Msun,2.23Msun TM1：2.22Msun，GL-97：2.04Msun,Thank you!,各种有效相互作用,密度相关的核子-介子耦合参数随密度的变化,