[논문 리뷰] Neutron Stars in Relativistic Mean Field Theory with Isovector Scalar Meson

S. Kubis, M. Kutschera외 1명|arXiv (Cornell University)|1998. 02. 24.

Pulsars and Gravitational Waves Research인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 밀도 높은 물질을 연구하기 위해 상대론적 평균장 이론에 이소벡터 스칼라 메손(델타-메손, a₀(980))을 추가하여 중성자별의 성질을 조사한다. 델타-필드를 포함하면 상태방정식이 강화되고, 양성자 분율이 크게 증가하며, 최대 중성자별 질량도 증가한다. 대조적으로, 경험적 데이터와 일관성을 유지하기 위해 대칭 에너지는 30 MeV로 제약된다.

ABSTRACT

We study the equation of state of beta-stable dense matter and models of neutron stars in the relativistic mean field theory with the isovector scalar mean field corresponding to the delta-meson [a_0(980)]. A range of values of the delta-meson coupling compatible with the Bonn potentials is explored. Parameters of the model in the isovector sector are constrained to fit the nuclear symmetry energy, E_s=30 MeV. We find that the quantity most sensitive to the delta-meson coupling is the proton fraction of neutron star matter. It increases significantly in the presence of the delta-field. The energy per baryon also increases but the effect is smaller. The equation of state becomes slightly stiffer and the maximum neutron star mass increases for stronger delta-meson coupling.

연구 동기 및 목표

• 밀도 높은 중성자-rich 물질에서 이소벡터 스칼라 메손(델타-메손)의 역할을 조사하기 위해.
• 경험적 핵 대칭 에너지 30 MeV를 사용하여 델타-메손 결합을 제약하기 위해.
• 델타-필드가 상태방정식과 중성자별 구조에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 델타-메손이 양성자 분율과 최대 중성자별 질량에 미치는 영향을 규명하기 위해.

제안 방법

• 직접적인 이소벡터 스칼라 델타-메손 필드 포함를 고려한 상대론적 평균장 이론을 사용하였다.
• Bonn N-N 상호작용 잠재력과 일치하는 범위의 델타-메손 결합 상수를 사용하였다.
• 핵 대칭 에너지 E_s = 30 MeV의 제약 조건 하에 β-안정 중성자별 물질의 상태방정식을 계산하였다.
• 스칼라, 벡터, 이소벡터 스칼라 메손의 연립 운동방정식을 평균장 근사에서 해결하였다.
• 양성자 분율, 비열 에너지, 최대 질량 등 중성자별 성질을 계산하였다.
• 델타-필드 유무에 따라 결과를 비교하여 그 영향을 분리하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이소벡터 스칼라 델타-메손의 포함 여부가 중성자별 물질의 양성자 분율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 델타-메손 결합은 상태방정식의 강성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 델타-필드는 중성자별의 최대 질량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 델타-메손 결합은 밀도 높은 물질에서 비열 에너지에 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ5 경험적 핵 대칭 에너지 30 MeV를 재현하기 위해 델타-메손 결합을 제약할 수 있는가?

주요 결과

• 더 강한 델타-메손 결합일수록 중성자별 물질의 양성자 분율이 크게 증가한다.
• 델타-필드 존재로 인해 비열 에너지가 약간 증가한다.
• 델타-메손 결합이 강해질수록 상태방정식이 약간 더 강성해진다.
• 더 강한 델타-메손 결합일수록 최대 중성자별 질량이 증가한다.
• 이소벡터 영역의 매개변수를 적절히 제약하면 모델이 핵 대칭 에너지 30 MeV를 성공적으로 재현한다.