[논문 리뷰] Symmetry energy of nuclear matter and properties of neutron stars in a relativistic approach

C.H. Lee, G. E. Brown외 2명|arXiv (Cornell University)|1997. 03. 16.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 비대칭 핵물질을 조사하기 위해 보른의 한 보손 교환 전위를 사용하는 디랙-브뤼커 방법을 적용하여 대칭 에너지 계수를 31 MeV로 산출하였으며, 이는 경험적 값인 30±4 MeV와 매우 잘 일치한다. 상태방정식은 중성자별 최대 질량 2.1 M⊙를 예측하며, 대칭 에너지가 밀도에 따라 선형적으로 증가함을 보여주어 선형 매개변수화 모델을 지지하고 있으며, 중성자별 밀도까지의 고차 비대칭 효과는 최소한임을 시사한다.

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

연구 동기 및 목표

• 상대론적 many-body 접근법을 사용하여 핵물질에서의 대칭 에너지 계수를 결정하기 위해.
• 대칭 에너지의 밀도 의존성을 평가하고 비상대론적 모델과 비교하기 위해.
• 중성자별과 관련된 상태방정식에 있어 고차 비대칭 항의 영향을 평가하기 위해.
• 유도된 상태방정식을 기반으로 중성자별의 최대 질량을 계산하기 위해.
• 핵과 풍부한 중성자물질에서 상태방정식의 연성화를 설명할 수 있는 가능한 메커니즘 탐색하기 위해.

제안 방법

• 보른의 한 보손 교환 핵력 상호작용을 사용하여 비대칭 핵물질에 대해 디랙-브뤼커 many-body 체계를 적용하기 위해.
• 브뤼커-하트리-폭크 프레임워크에서 자기에너지 및 핵자당 에너지를 통해 핵 포화 밀도에서의 대칭 에너지 계수를 추출하기 위해.
• 프라카시, 아이언스워스, 라티머의 선형 매개변수화를 기준으로 대칭 에너지의 밀도 의존성을 분석하기 위해.
• 유도된 상태방정식을 중성자별 구조 계산에 통합하여 최대 질량을 결정하기 위해.
• 비대칭 매개변수의 고차 항을 포함하여 중성자별 밀도에서의 상태방정식에 대한 그들의 영향을 평가하기 위해.
• 상태방정식 연성화를 이끄는 잠재적 물리적 메커니즘에 대한 논의를 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 상대론적 many-body 접근법에서 핵 포화 밀도에서의 대칭 에너지 계수는 얼마인가요?
• RQ2 대칭 에너지는 밀도에 따라 어떻게 변화하며, 일부 모델에서 제안한 바와 같이 선형적 행동을 보이나요?
• RQ3 중성자별 밀도에서 비대칭 매개변수의 고차 항은 상태방정식에 어느 정도의 영향을 미치나요?
• RQ4 유도된 상태방정식을 기반으로 예측되는 중성자별의 최대 질량은 얼마인가요?
• RQ5 핵과 풍부한 중성자물질에서 상태방정식의 연성화를 설명할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가요?

주요 결과

• 핵 포화 밀도에서의 대칭 에너지 계수는 31 MeV로 계산되었으며, 경험적 값인 30±4 MeV와 매우 잘 일치한다.
• 대칭 에너지는 밀도에 따라 거의 선형적으로 증가하며, 이는 비상대론적 접근법의 결과와 대조된다.
• 중성자별 밀도까지의 범위에서 비대칭 매개변수의 고차 기여는 무시할 만큼 작다.
• 유도된 상태방정식은 약 2.1 M⊙의 최대 중성자별 질량을 예측한다.
• 대칭 에너지의 선형 밀도 의존성은 프라카시, 아이언스워스, 라티머가 제안한 선형 매개변수화를 지지한다.
• 상태방정식의 연성화를 설명할 수 있는 가능한 메커니즘은 논의되었지만, 본 연구에서는 특정한 메커니즘을 명확히 규명하지 못했다.