[論文レビュー] Strange stars - linear approximation of the EOS and maximum QPO frequency

J. L. Zdunik|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 2000

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 32

ひとこと要約

この論文は、MIT袋模型における strange quark matter の状態方程式 (EOS) の高精度な線形近似を開発し、袋定数、strange クォーク質量、QCD結合定数ととのてきとうなスケーリングを可能にした。モデルは最大 QPO 周波数 1.7–2.4 kHz を予測し、4U 0614+09 での観測された 1.33 kHz と整合的であり、strange star が有効な QPO 生成源であることを支持する。

ABSTRACT

The equation of state of strange matter build of the u,d,s quarks in the framework of the MIT bag model is studied. The scaling relations with bag constant are discussed and applied to the determination of maximum frequency of a particle in stable circular orbit around strange star. The highest QPO frequency of 1.33 kHz observed so far is consistent with the strange stars models for which the maximum QPO frequency is 1.7-2.4 kHz depending on the strange quark mass and the QCD coupling constant. The linear approximation of the equation of state is found and the parameters of this EOS are determined as a functions of strange quark mass, QCD coupling constant and bag constant. This approximation reproduces exact results within an error of the order of 1% and can be used for the complete study of the properties of strange stars including microscopic stability of strange matter and determination of the total baryon number of the star.

研究の動機と目的

• strange quark matter の状態方程式 (EOS) の線形近似を、正確に正確な MIT 袋模型の結果を再現できるように開発すること。
• 袋定数、strange クォーク質量、QCD結合定数に基づいた星のパラメータ（質量、半径、QPO 周波数）のスケーリング則を確立すること。
• バリオン数保存および安定性条件を含む、完全なマイクロスコピック解析を可能にする。
• strange star が支えることのできる最大の QPO 周波数を特定し、観測限界と比較すること。
• 繰り返し完全な EOS 計算を実行することなく、strange star の性質を研究するための計算的に効率的なフレームワークを提供すること。

提案手法

• P = a(ρ - ρ₀) の形の線形 EOS を導出する。ここで a および ρ₀ は、m_s、α_c、B の多項式関数として表される。
• MIT 袋模型からの正確なスケーリング関係を適用する：ρ ∝ B、P ∝ B、n ∝ B^{3/4}、μ ∝ B^{1/4}、m_s ∝ B^{1/4}。
• スケーリングの補正と正確性の検証のため、ρ_N = 313 MeV のリノルマライゼーション点を用いる。
• 安定性および変換研究に不可欠なバリオン数密度 n(P) および化学ポテンシャル μ(P) の解析的表現を導出する。
• P=0 における予測された μ₀ を正確な値と比較し、1% 未満の誤差で妥当性を検証する。
• 一般相対論的流体力学を用いて、strange star のまわりの安定な円軌道における最大公転周波数（QPO）を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 strange quark matter の EOS の線形近似は、MIT 袋模型の正確な結果を 1% の誤差内に再現できるか？
• RQ2 袋定数 B、strange クォーク質量 m_s、QCD結合定数 α_c に対して、strange star の性質（質量、半径、QPO 周波数）のスケーリング則は何か？
• RQ3 strange star が支えることのできる最大の QPO 周波数は何か？また、m_s および α_c に依存するか？
• RQ4 線形 EOS モデルは、バリオン数保存および安定性を含む完全なマイクロスコピック解析を可能にするか？
• RQ5 4U 0614+09 での観測された 1.33 kHz の QPO は、この線形 EOS 近似に基づく strange star モデルの予測と整合的か？

主な発見

• 線形 EOS 近似 P = a(ρ - ρ₀) は、strange quark matter の正確な MIT 袋模型の結果を 1% の誤差で再現する。
• B に関する ρ、P、n、μ のスケーリング則は 1% 以内の精度で正確であり、B の値をまたがる効率的な外挿が可能である。
• strange star の最大 QPO 周波数は、m_s および α_c に依存して 1.7 kHz から 2.4 kHz の範囲にあり、4U 0614+09 での観測された 1.33 kHz はこの範囲内にある。
• このモデルは、バリオン数密度 n(P) および化学ポテンシャル μ(P) の解析的表現を提供し、マイクロスコピック的安定性および中性子星から strange star への変換の研究を可能にする。
• 線形 EOS を用いることで、ρ₀ と a のみを用いて、繰り返し完全な EOS 計算を実行することなく、すべての主要な星のパラメータ（質量、半径、QPO 周波数）を決定できる。
• このモデルは、neutron star モデルとは整合しない高周波数 QPO を説明できる可能性を支持する。特に ν_QPO > 1.8 kHz の場合に顕著である。