[論文レビュー] Structure of neutron stars in higher dimensional Einstein-Lambda gravity

G. H. Bordbar, S. H. Hendi+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2015

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、AV18ポテンシャルと現代的な状態方程式を用いたLOCV法を用いて、高次元のアインシュタイン-Λ重力における中性子星の構造を調査した。正の宇宙定数の場合、最大質量限界は $M_{ ext{max}} \leq 1.68M_\odot$ であると判明したが、アインシュタイン重力下では負の $\Lambda$ 値は中性子星の安定性と整合しない。

ABSTRACT

Regarding a $d-$dimensional spherically symmetric line element in the context of Einstein-$\Lambda$ gravity, the hydrostatic equilibrium equation of stars is obtained. Then, by using the lowest order constrained variational (LOCV) method with the AV$18$ potential and employing microscopic many body calculations in the modern equation of state, the structure properties of neutron stars are investigated. Regardless of cosmological point of view and considering arbitrary positive and negative values of the cosmological constant, the maximum mass of the neutron stars and their corresponding radius in $4$-dimensions are computed. The results show that there is an upper limit for the maximum mass of neutron star for positive cosmological constant ($M_{\max }\leq 1.68M_{\odot }$). On the other hand, it is shown that the Einstein gravity cannot explain the structure of neutron star with negative $\Lambda$. Other properties of neutron stars such as; the Schwarzschild radius, average density, compactness and Buchdahl- Bondi bound are studied. In addition, by using the Buchdahl-Bondi bound for neutron stars, stability of these stars is investigated. Finally, the dynamical stability is investigated and shown that the neutron stars follow the dynamical stability in this gravity.

研究の動機と目的

• 高次元のアインシュタイン-Λ重力における中性子星の構造的性質を検討すること。
• 宇宙定数 $\Lambda$ の正および負の値が、安定な中性子星構成を支持できるかどうかを特定すること。
• 変化する $\Lambda$ の下で最大質量、半径、コンパクトネス、シュバルツシルト半径などの重要な中性子星の性質を計算すること。
• Buchdahl-Bondi境界と動的安定性基準を用いて安定性を評価すること。
• 負の $\Lambda$ が存在する状況下で、アインシュタイン重力が中性子星と整合するかどうかを評価すること。

提案手法

• アインシュタイン-Λ重力における $d$ 次元の球対称時空における静的平衡方程式の導出。
• AV18核子-核子ポテンシャルを用いた最低次の制約付き変分法（LOCV）を適用し、微視的状態方程式を生成。
• 現代的な多体計算を用いて、変化する宇宙定数下での中性子星物質をモデル化。
• 正および負の $\Lambda$ の両方について、最大質量、半径、平均密度、コンパクトネスなどの中性子星の性質を数値計算。
• 重力的安定性の限界を評価するために Buchdahl-Bondi 境界の評価。
• 重力場方程式の摂動を検討することで、動的安定性の分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 正の宇宙定数の場合、高次元のアインシュタイン-Λ重力における中性子星の最大質量は何か？
• RQ2 宇宙定数 $\Lambda$ が負の場合、アインシュタイン重力は中性子星を支持できるか？
• RQ3 宇宙定数は中性子星のコンパクトネスおよびシュバルツシルト半径にどのように影響を与えるか？
• RQ4 Buchdahl-Bondi 境界は、この重力モデルにおける中性子星の構造をどの程度制限するか？
• RQ5 中性子星の動的安定性は、アインシュタイン-Λ重力で保たれるか？

主な発見

• 正の宇宙定数の場合、中性子星の最大質量は $M_{\text{max}} \leq 1.68M_\odot$ に上限づけられる。
• 負の $\Lambda$ を持つ中性子星は、アインシュタイン重力の枠組みでは説明できないため、不適合である。
• シュバルツシルト半径および平均密度は、$\Lambda$ の値と符号に著しく依存する。
• コンパクトネス値は物理的に妥当な範囲に保たれ、Buchdahl-Bondi 境界が重要な安定性制約として機能する。
• 解析された中性子星は Buchdahl-Bondi 境界を満たしており、このモデル下での重力的安定性を示している。
• 動的安定性解析により、中性子星がこの高次元のアインシュタイン-Λ重力枠組みで動的安定であることが確認された。