[論文レビュー] HEAVY QUARKS OR COMPACTIFIED EXTRA DIMENSIONS IN THE CORE OF HYBRID STARS

G. G. Barnaföldi, P. Lévai+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2003

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、トロルマン＝オッペンハイマー＝ボルコフ（TOV）方程式を用いて、重い夸くarksを有するハイブリッド中性子星と、圧縮された余剰次元を有するものとの間の理論的等価性を提案している。Kaluza-Klein（K-K）モードが5次元の圧縮された次元から生じ、charm（c）、bottom（b）、top（t）の重いクォークの効果を模倣し、同様の星構造と安定領域を生じさせることを示している。最初のK-Kモード質量は、Rc ≈ 0.33 fm で Λ⁰ バリオンの質量と一致する。

ABSTRACT

Neutron stars with extremely high central energy density are natural laboratories to investigate the appearance and the properties of compactified extra dimensions with small compactification radius, if they exist. Using the same formalism, these exotic hybrid stars can be described as neutron stars with quark core, where the high energy density allows the presence of heavy quarks (c, b, t). We compare the two scenarios for hybrid stars and display their characteristic features. 1.

研究の動機と目的

• 中性子星における圧縮された余剰次元が、重いクォークコアの物理的効果を模倣できるかどうかを調査すること。
• 第5次元からのKaluza-Klein（K-K）モードが、二重ニュートリノバーストのような観測された天体物理学的現象を説明できる可能性を探索すること。
• 密度の高い星の核において、特異物質（重いクォーク）と幾何的効果（余剰次元）の間の等価性をテストすること。
• 新しい強い力の相互作用を導入せずに、余剰次元がハイブリッド星の高質量および安定性を説明できるかどうかを特定すること。
• 圧縮半径 Rc がK-K励起状態の質量および星構造に与える影響を検討すること。

提案手法

• 球対称性と静的平衡を仮定し、圧縮された第5次元（x5）を有する5次元時空に、Tolman-Oppenheimer-Volkoff（TOV）方程式を適応する。
• g00、g11、g55、g05 を有する5次元線素を用い、複雑さを軽減するため x5 に依存しないと仮定する。
• 第5次元の運動をモデル化するためのキリングベクトル形式を適用し、量子的性質に類似した電荷 bq = n·2ℏ/√(G)·cRc を導入する。
• 5次元運動からの有効4次元質量寄与を導出し、Rc ~ 10⁻¹²–10⁻¹³ cm の場合に bm ~ 100 MeV と推定する。
• charm、bottom、top クォークを有するクォークコアの状態方程式（EoS）と、K-Kモード支配のコアの状態方程式を比較する。
• 静的状態として g05 = 0 を仮定し、アインシュタイン方程式の g55 成分を分離して、修正されたTOVに類似した系を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性子星における圧縮された余剰次元が、重いクォークコアと区別できない観測可能な効果を生じるか？
• RQ2 圧縮半径 Rc ≈ 0.33 fm の場合、最低励起状態のKaluza-Klein（K-K）モードの質量は何か？
• RQ3 K-Kモードの存在が、ハイブリッド星の安定性および質量-半径関係に与える影響は？
• RQ4 SN 1987A で観測された二重ニュートリノバーストは、余剰次元による星構造の第二の安定ピークによって説明可能か？
• RQ5 第5次元の幾何的性質が、奇妙クォークや重いクォークの量子数および力学をどの程度模倣できるか？

主な発見

• 圧縮半径 Rc ≈ 0.33 fm の場合、最低励起状態のKaluza-Klein（K-K）モード質量は約1116 MeV であり、これは Λ⁰ バリオンの質量と一致する。
• 5次元運動からの有効4次元質量寄与は約100 MeV と推定され、奇妙クォークおよび重いクォークの質量スケールと整合的である。
• 重いクォークコアとK-Kモード支配のコアの両方が、TOV方程式の同様の解を生じさせ、構造的および安定性の等価性を示している。
• 第二の安定ピークの存在（SN 1987A の二重ニュートリノバーストの説明に可能性がある）は、余剰次元を含むモデルによって支持されている。
• このモデルは、第5次元の運動が、奇麗さに類似た apparent な量子数を生成することを示唆しており、幾何的効果と素粒子物理学の量子数を結びつける。
• 1つより多くの余剰次元を導入すると、複数の安定したハイブリッド星の構成が得られ、天体物理学的観測で観測された複数のバーストイベントと整合的である。