[论文解读] Nonlocal PNJL models and heavy hybrid stars

D. Blaschke, David Alvarez-Castillo+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 4被引用 8

一句话总结

该论文提出了一种具有动量依赖夸克质量与波函数归一化的非局域Polyakov-NJL模型，通过与格点QCD数据标定，用于描述致密星中的夸克物质。通过引入密度依赖的矢量耦合，该模型实现了刚性的方程态，支持质量超过2 M⊙的混合星，解决了伪装问题，并使在1.4 M⊙中子星中也能实现早期夸克禁闭解除成为可能。

ABSTRACT

Nonlocal PNJL models allow for a detailed description of chiral quark dynamics with running quark masses and wave function renormalization in accordance with lattice QCD (LQCD) in vacuum. Their generalization to finite temperature T and chemical potential μ allows to reproduce the μ-dependence of the pseudocritical temperature from LQCD when a nonvanishing vector meson coupling is adjusted. This restricts the region for the critical endpoint in the QCD phase diagram and stiffens the quark matter equation of state (EoS). It is demonstrated that the construction of a hybrid EoS for compact star applications within a two-phase approach employing the nonlocal PNJL EoS and an advanced hadronic EoS leads to the masquerade problem. A density dependence of the vector meson coupling is suggested as a possible solution which can be adjusted in a suitable way to describe hybrid stars with a maximum mass in excess of 2 M_sun with a possible early onset of quark deconfinement even in the cores of typical (M ~ 1.4 M_sun) neutron stars.

研究动机与目标

• 通过使用非局域相互作用使夸克物质方程态（EoS）变刚，以解决混合星模型中的伪装问题。
• 将动量依赖的夸克质量与波函数归一化（WFR）纳入模型，使其与格点QCD（LQCD）真空数据一致。
• 利用LQCD数据对赝临界温度的μ依赖性进行标定，以确定矢量耦合强度。
• 探讨化学势依赖的矢量耦合对混合星结构的影响及其与观测约束的相容性。
• 评估在满足质量与半径约束的前提下，是否可在典型1.4 M⊙中子星中实现早期夸克禁闭解除。

提出的方法

• 采用具有标量、伪标量和矢量相互作用通道的非局域Nambu–Jona-Lasinio（NJL）拉格朗日量，使用洛伦兹形因子来建模动量依赖的夸克质量与WFR。
• 通过μ依赖的对数有效势（公式4）引入Polyakov圈，该势能经LQCD数据标定，以匹配T与μ的依赖关系。
• 在有限T与μ下使用Matsubara形式化方法计算热力学量与相结构，包括临界端点。
• 对非局域模型应用平均场近似，推导出具有动量依赖质量与WFR的夸克传播子与自能函数。
• 通过麦克斯韦构造法构建混合EoS，将非局域PNJL EoS与强子EoS（APR与DBHF）结合。
• 使用Tolman–Oppenheimer–Volkoff方程求解混合EoS，计算非旋转致密星的质量-半径关系与中心密度分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有WFR与矢量相互作用的非局域PNJL模型能否再现LQCD对赝临界温度μ依赖性的数据？
• RQ2 在非局域PNJL模型中引入动量依赖的夸克质量与WFR是否能在零温下产生更刚性的夸克物质EoS？
• RQ3 具有密度依赖的矢量耦合强度是否能解决混合星模型中的伪装问题？
• RQ4 在该模型下，夸克物质在中子星核心中可发生禁闭解除的最小质量是多少？
• RQ5 基于该模型的混合星序列是否满足来自PSR J1614-2230与RX J1856.5-3754的观测约束？

主要发现

• 具有WFR的非局域PNJL模型成功再现了LQCD对真空中夸克质量函数与波函数归一化的数据。
• 当矢量耦合被调适时，该模型对赝临界温度μ依赖性的预测与LQCD结果一致，从而约束了临界端点的位置。
• 不包含介质依赖性的标准非局域PNJL EoS由于过于柔软，无法支持质量超过2 M⊙的混合星，导致伪装问题。
• 引入密度依赖的矢量耦合可使夸克物质EoS足够刚硬，从而支持质量超过2 M⊙的混合星。
• 基于DBHF强子EoS的混合星序列同时满足PSR J1614-2230的质量约束与RX J1856.5-3754的半径约束。
• 在适当的μ依赖矢量耦合下，1.4 M⊙中子星核心中可发生夸克禁闭解除，且与所有当前观测约束一致。