[論文レビュー] Nonlocal PNJL models and heavy hybrid stars

D. Blaschke, David Alvarez-Castillo+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 4被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、格子QCDデータにキャリブレーションされた運動量に依存するクォーカー質量および波動関数正規化を備えた非局所的ポリakov-NJLモデルを提案し、白色矮星におけるクォーク物質を記述する。密度に依存するベクトル結合を導入することで、2 M⊙を超えるハイブリッド星を支持する剛性の高い状態方程式が得られ、マスカレード問題が解決され、1.4 M⊙のニュートリノ星でさえも早期のクォーク脱コンfinementが可能になる。

ABSTRACT

Nonlocal PNJL models allow for a detailed description of chiral quark dynamics with running quark masses and wave function renormalization in accordance with lattice QCD (LQCD) in vacuum. Their generalization to finite temperature T and chemical potential μ allows to reproduce the μ-dependence of the pseudocritical temperature from LQCD when a nonvanishing vector meson coupling is adjusted. This restricts the region for the critical endpoint in the QCD phase diagram and stiffens the quark matter equation of state (EoS). It is demonstrated that the construction of a hybrid EoS for compact star applications within a two-phase approach employing the nonlocal PNJL EoS and an advanced hadronic EoS leads to the masquerade problem. A density dependence of the vector meson coupling is suggested as a possible solution which can be adjusted in a suitable way to describe hybrid stars with a maximum mass in excess of 2 M_sun with a possible early onset of quark deconfinement even in the cores of typical (M ~ 1.4 M_sun) neutron stars.

研究の動機と目的

• 非局所的相互作用を用いてクォーク物質の状態方程式（EoS）を剛性化することで、ハイブリッド星モデルにおけるマスカレード問題を解決すること。
• 格子QCD（LQCD）真空データに整合する運動量に依存するクォーカー質量および波動関数正規化（WFR）を組み込むこと。
• クォーク物質の擬似臨界温度のμ依存性に関するLQCDデータを用いて、ベクトル結合の強さを固定すること。
• 化学ポテンシャルに依存するベクトル結合の影響がハイブリッド星の構成および観測的制約との整合性に与える影響を調査すること。
• 現在の質量および半径の制約を満たしつつ、典型的な1.4 M⊙のニュートリノ星の核で早期にクォーク脱コンフィnementが起こるかどうかを評価すること。

提案手法

• ローレンツ型形因子を用いて運動量に依存するクォーカー質量およびWFRをモデル化した、スカラー、擬スカラー、ベクトル相互作用チャネルを有する非局所的ナムブ＝ヨナ＝ラスィニア（NJL）ラグランジアンを採用する。
• μに依存する対数的有効ポテンシャル（式4）を用いてポリakovループを統合し、Tおよびμ依存性に関してLQCDデータにキャリブレーションする。
• 有限温度Tおよびμにおけるマツバラ形式を用いて熱力学的量および相構造（臨界エンドポイントを含む）を計算する。
• 非局所モデルに対して平均場近似を適用し、運動量に依存する質量およびWFRを有するクォーク伝播関数および自己エネルギー関数を導出する。
• マクスウェルの構成法を用いて、非局所PNJL EoSとハドロンEoS（APRおよびDBHF）を結合し、ハイブリッド状態方程式を構築する。
• ハイブリッドEoSを用いてTolman–Oppenheimer–Volkoff方程式を解き、非回転星の質量-半径関係および中心密度プロファイルを計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WFRおよびベクトル相互作用を有する非局所PNJLモデルは、クォーカー質量関数および真空における波動関数正規化のLQCDデータを再現できるか？
• RQ2 非局所PNJLモデルに運動量に依存するクォーカー質量およびWFRを組み込むと、ゼロ温度におけるクォーク物質EoSがより剛性化するか？
• RQ3 密度に依存するベクトル結合強度は、ハイブリッド星モデルにおけるマスカレード問題を解消できるか？
• RQ4 このモデル下で、核でクォーク物質の脱コンフィnementが起こる最小の質量は何か？
• RQ5 本モデルに基づくハイブリッド星系列は、PSR J1614-2230およびRX J1856.5-3754からの観測的制約を満たすか？

主な発見

• WFRを有する非局所PNJLモデルは、真空におけるクォーカー質量関数および波動関数正規化のLQCDデータを成功裏に再現した。
• ベクトル結合を適切に調整することで、モデルが予測する擬似臨界温度のμ依存性はLQCDの結果と一致し、臨界エンドポイントの位置が制約される。
• 物質のμ依存性を持たない標準的な非局所PNJL EoSは、EoSが軟らかすぎるため、2 M⊙を超えるハイブリッド星を支持できず、マスカレード問題が生じる。
• 密度に依存するベクトル結合を導入することで、クォーク物質EoSが十分に剛性化され、2 M⊙を超えるハイブリッド星の支持が可能になる。
• DBHFハドロンEoSに基づくハイブリッド星系列は、PSR J1614-2230からの質量制約およびRX J1856.5-3754からの半径制約の両方を満たす。
• 適切なμ依存性を持つベクトル結合を用いることで、1.4 M⊙のニュートリノ星の核でクォーク脱コンフィnementが開始可能であり、すべての現在の観測的制約と整合する。