[論文レビュー] Symmetry energy of nuclear matter and properties of neutron stars in a relativistic approach

C.H. Lee, G. E. Brown+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 1997

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

ひとこと要約

本研究では、ボンの1ボソン交換核力ポテンシャルを用いたディラック＝ブルッケルナーフォーマルズムを用いて非対称核物質を検討し、飽和密度における対称性エネルギー係数を31 MeVとして得た。これは実験的値30±4 MeVと強く一致する。状態方程式は中性子星の最大質量2.1 M⊙を予測し、対称性エネルギーは密度に比例して増加する。これは線形パラメータ化を支持し、中性子星密度においては高次非対称性効果が最小限であることを示唆する。

ABSTRACT

Asymmetric nuclear matter is treated in the formalism of Dirac-Brueckner approach with Bonn one-boson-exchange nucleon-nucleon interaction. We extract the symmetry energy coefficient at the saturation to be about 31 MeV, which is in good agreement with empirical value of 30±4 MeV. The symmetry energy is found to increase almost linearly with the density, which differs considerably from the results of non-relativistic approaches. This finding also supports the linear parameterization of Prakash, Ainsworth and Lattimer. We find, furthermore, that the higher-order dependence of the nuclear equation of state on the asymmetry parameter is unimportant up to densities relevant for neutron stars. The resulting equation of state of neutron-rich matter is used to calculate the maximum mass of neutron star, and we find it to be about 2.1M⊙. Possible mechanisms for the softening of the equation of state are also discussed. 1

研究の動機と目的

• 相対論的多体アプローチを用いて核物質における対称性エネルギー係数を決定すること。
• 対称性エネルギーの密度依存性を評価し、非相対論的モデルと比較すること。
• 中性子星に関連する状態方程式に及ぼす高次非対称性項の影響を評価すること。
• 導出された状態方程式に基づいて中性子星の最大質量を計算すること。
• 中性子過剰物質における状態方程式の軟化の可能性のあるメカニズムを調査すること。

提案手法

• ボンの1ボソン交換核力ポテンシャルを用いたディラック＝ブルッケルナーフォーマルズムを非対称核物質に適用すること。
• ブルッケル＝ハートリー＝フォック枠組みにおいて、自己エネルギーおよび1核子あたりエネルギーから、核飽和密度における対称性エネルギー係数を抽出すること。
• プラカシュ、アインズワース、ラティマーの線形パラメータ化を基準として、対称性エネルギーの密度依存性を分析すること。
• 得られた状態方程式を中性子星構造計算に組み込み、最大質量を決定すること。
• 非対称性パラメータの高次項を検討し、中性子星密度においてそれらの重要性を評価すること。
• 状態方程式の軟化に至る可能性のある物理的メカニズムについて議論すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 相対論的多体アプローチにおいて、核飽和密度における対称性エネルギー係数の値は何か？
• RQ2 対称性エネルギーは密度にどのように依存するか。また、一部のモデルが示唆するように線形的挙動を示すか？
• RQ3 中性子星密度に関連する範囲において、非対称性パラメータの高次項が状態方程式に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 導出された状態方程式に基づいて予測される中性子星の最大質量は何か？
• RQ5 中性子過剰物質における状態方程式の軟化を説明する可能性のある物理的メカニズムは何か？

主な発見

• 核飽和密度における対称性エネルギー係数は31 MeVと計算され、実験的値30±4 MeVと非常に良好に一致する。
• 対称性エネルギーは密度にほぼ線形に増加する。これは非相対論的手法の結果とは対照的である。
• 中性子星に相当する密度範囲において、非対称性パラメータに起因する高次項の寄与は無視できるほど小さいことが判明した。
• 導出された状態方程式は、中性子星の最大質量を約2.1 M⊙と予測する。
• 対称性エネルギーの線形密度依存性は、プラカシュ、アインズワース、ラティマーが提唱した線形パラメータ化を支持する。
• 状態方程式の軟化に関する可能性のあるメカニズムが議論されたが、本研究では明確に特定された単一のメカニズムは同定されなかった。