[論文レビュー] A new relativistic model of hybrid star with interactive quark matter and dense baryonic matter

Koushik Chakraborty, Farook Rahaman+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2014

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、共形対称性と相互作用を考慮した二流体アプローチを用いて、ハイブリッド星の相対論的モデルを提案する。クォーク物質（MITバッグモデル）とバリオン物質を別個の流体として扱う。観測された質量-半径データと最も一致するのは、両相間に反発的相互作用（Q > 0）が存在する場合であり、高密度におけるバリオン物質の状態方程式は、Waleckaモデルと整合的である。

ABSTRACT

We propose a relativistic model of hybrid star admitting conformal symmetry considering quark matter and baryonic matter as two different fluids. We define interaction equations between the normal baryonic matter and the quark matter and study the physical situations for repulsive, attractive and zero interaction between the constituent matters. From the interaction equations we find out the value of the equation of state (EOS) parameter for normal baryonic matter which is found to be consistent with the value obtained from the Walecka model for nucleonic matter at high density. The measured value of the Bag constant is used to explore the space time geometry inside the star. The theoretical mass-radius values are compared with the available observational data of the compact objects. From the nature of the match with the observational data, we predict the nature of interaction that must be present inside the hybrid stars

研究の動機と目的

• 共形対称性と二つの相互作用する流体（クォーク物質とバリオン物質）を組み込んだハイブリッド星の相対論的モデルの構築を目的とする。
• ハイブリッド星内部におけるクォーク物質とバリオン物質の間の相互作用の物理的性質（反発的、引力的、またはゼロ）を調査すること。
• 特に質量-半径関係に注目して、モデルをコンパクト星の観測データと照合すること。
• バッグ定数が星内部の時空幾何学と状態方程式に与える影響を特定すること。
• Waleckaモデルおよび星の安定性に関するBuchdahlの条件との整合性を評価すること。

提案手法

• 幾何単位（G = c = 1）で、共形対称性を有する静的かつ球対称な時空計量を採用する。
• アインシュタインの場の方程式を適用し、計量関数ν(r)とλ(r)を記述する微分方程式系を導出する。
• バッグ定数の測定値を用いて、MITバッグモデルの状態方程式でクォーク物質をモデル化する。
• 保存則を用いて二流体間の相互作用方程式を導入し、相互作用強度を表すパラメータQを定義する。
• バリオン物質の二つの状態方程式について、得られた方程式系を数値的に解き、質量-半径プロファイルを算出する。
• 理論的質量-半径予測値を、PSR J1614-2230 や J0348+0432 などのパulsarからの観測データと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハイブリッド星の時空幾何学は共形対称性を満たすか？
• RQ2 クォーク物質とバリオン物質の間の相互作用の性質（反発的、引力的、またはなし）の中で、観測データに最も適合するのはどれか？
• RQ3 本モデルにおけるバリオン物質の状態方程式は、高密度領域でWaleckaモデルとどのように一致するか？
• RQ4 モデルは星の安定性に関するBuchdahlの条件を満たすか？
• RQ5 バッグ定数は、ハイブリッド星における時空幾何学と質量-半径関係にどのように影響を与えるか？

主な発見

• モデルは、ハイブリッド星の時空が共形対称性を満たすことを確認しており、幾何学的性質と物質の間の本質的関係を示唆している。
• クォーク物質とバリオン物質の間の反発的相互作用（Q > 0）が、観測された質量-半径データと最もよく一致する。特に質量の大きな星に対して顕著である。
• バリオン物質の状態方程式により、音速c_s = 1が得られ、高密度領域におけるWaleckaモデルの予測と整合的である。
• 理論的質量および半径の値はBuchdahlの条件を満たしており、モデルの物理的妥当性を支持している。
• バッグ定数は、e^λとスカラー場ψの比例関係を決定する定数C₃²を通じて、時空幾何学と関連している。
• Q > 0のとき、理論的質量予測値はAlfordらの結果とよく一致しており、高質量中性子星の観測とモデルの整合性を裏付けている。