极端环境下中子星物质性质的研究

摘要

天文观测资料显示，射电脉冲星即旋转的中子星表面可能存在强磁场，估计其内部的磁场可能会更强。研究强磁场环境下的中子星物质的性质有利于我们更好的了解中子星的内部结构，旋转周期和最大质量等。超新星爆发过程中产生的中子星温度极高，研究有限温状态下的中子星物质的性质有利于我们了解超新星的爆发和中子星的冷却机制。另一方面中子星的内部密度极高，可能存在超子物质、玻色子凝聚和夸克物质等。本论文将围绕极端环境下中子星物质的性质展开若干研究，包括强磁场环境下中子星物质性质的研究、中子星物质中反K介子凝聚及超子物质的研究，有限温状态下中子星物质中反K介子凝聚的研究。
　　 第一、采用夸克介子耦合(QMC)模型研究强磁场对中子星物质的性质的影响。QMC模型是将核物质中的核子看成许多稳定的不重叠的MIT口袋，在平均场近似下，袋中的夸克之间的相互作用通过自洽地交换标量和矢量介子来实现。与相对论平均场(RMF)理论相比，QMC模型明显地考虑了夸克自由度。结果表明，强磁场改变了中子星物质的组成和状态方程。QMC模型得到的结果与RMF理论的结果相比，两种模型的计算结果存在着一定的差别，但两种模型计算得到的磁场对中子星物质的组成和状态方程的影响的趋势是非常相似的。
　　 第二、采用QMC模型研究强磁场对中子星物质中反K介子凝聚的影响。由于中子星核心区域密度极高，可能存在反K介子凝聚相。采用QMC模型研究反K介子凝聚时，K介子也用MIT口袋模型来描述。结果表明，强磁场改变了反K介子凝聚出现的临界密度，状态方程被反K介子凝聚软化的程度随磁场的增强逐渐变得不明显。与RMF理论的结果相比，两者在量上存在一定差别。
　　 第三，采用相对论平均场(RMF)理论研究强磁场对中子星物质中可能存在的超子物质相的影响。RMF理论是研究核物质和有限核非常成功的理论。我们采用了由新的超子实验数据得到的超子势来确定介子、超子耦合常数，并考虑了两个奇异超子σ*和φ的贡献。结果表明，在磁场强度B>5×1018G时，磁场的影响才明显。磁场明显改变了超子出现的临界密度，状态方程因超子的出现而被软化的程度随着磁场的增强逐渐变得不明显。
　　 第四，超新星的爆发过程引起了很多物理学家和天文学家的关注。超新星爆发产生的质子-中子星温度极高，通过释放大量中微子带走能量，热的质子-中子星逐渐冷却。通常我们研究的中子星是已冷却并达到平衡的冷中子星。我们采用RMF理论来研究有限温状态下中子星物质中反K介子凝聚的性质。结果表明，目前的温度对反K凝聚出现的临界密度并没有明显的影响。有温度时的状态方程比零温时变硬了。而当反K介子凝聚出现时，状态方程明显又被软化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 中子星概述

1.1.1 中子星的形成和冷却

1.1.2 中子星的结构

1.2 中子星磁场的探究

1.2.1 磁场的起源和大小

1.2.2 磁场对中子星性质的影响

1.3 研究中子星物质的理论方法

1.4 中子星的研究现状

1.4.1 核心区域的研究现状

1.4.2 磁场中子星物质的研究现状

1.4.3 有限温中子星物质的研究现状

1.5 本论文的工作安排

第二章 强磁场环境下中子星物质性质的研究

2.1 强磁场环境下的QMC模型

2.1.1 核予的MIT口袋模型

2.1.2 强磁场中的中子星物质

2.2 强磁场对中子星物质性质的影响

2.2.1 中子星物质的状态方程

2.2.2 核子的有效质量

2.2.3 费米子的自旋极化

2.2.4 中子星物质的组成

2.3 本章小结

第三章 强磁场环境下中子星物质中的反K介子凝聚的研究

3.1 强磁场环境下K介子凝聚的QMC模型

3.1.1 K介子的MIT口袋模型

3.1.2 强磁场下中子星物质中的反K介子凝聚

3.2 强磁场对中子星物质的性质和反K凝聚性质的影响

3.2.1 核子和K介子的有效质量

3.2.2 反K介子的分支比

3.2.3 中子星物质的组成

3.2.4 中子星物质的状态方程

3.3 本章小结

第四章 强磁场环境下超子物质性质的研究

4.1 强磁场环境下超子物质的RMF模型

4.2 参数的选取

4.3 强磁场对超子物质性质的影响

4.3.1 介子场

4.3.2 重子的有效质量

4.3.3 超子物质的组成

4.3.4 超子物质的状态方程

4.4 本章小结

第五章 有限温下中子星物质中反K凝聚性质的研究

5.1 有限温下的RMFN论

5.1.1 核子和轻子

5.1.2 K介子

5.1.3 运动方程

5.2 温度对中子星物质的性质和反K凝聚性质的影响

5.2.1 介子场

5.2.2 核子和反K介子的有效质量

5.2.3 中子星物质的组成

5.2.4 反K介子凝聚

5.2.5 中子星物质的状态方程

5.2.6 中子星物质的熵密度

5.3 本章小结

第六章 总结和展望

参考文献

致谢

附录

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果