[论文解读] A new relativistic model of hybrid star with interactive quark matter and dense baryonic matter

Koushik Chakraborty, Farook Rahaman+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2014

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

一句话总结

本文提出了一种基于共形对称性和相互作用两流体方法的混合星相对论模型，将夸克物质（MIT袋模型）和重子物质视为独立流体。研究发现，两相之间存在排斥相互作用（Q > 0）时，最符合观测的质量-半径数据，且重子物质的状态方程在高密度下与Walecka模型一致。

ABSTRACT

We propose a relativistic model of hybrid star admitting conformal symmetry considering quark matter and baryonic matter as two different fluids. We define interaction equations between the normal baryonic matter and the quark matter and study the physical situations for repulsive, attractive and zero interaction between the constituent matters. From the interaction equations we find out the value of the equation of state (EOS) parameter for normal baryonic matter which is found to be consistent with the value obtained from the Walecka model for nucleonic matter at high density. The measured value of the Bag constant is used to explore the space time geometry inside the star. The theoretical mass-radius values are compared with the available observational data of the compact objects. From the nature of the match with the observational data, we predict the nature of interaction that must be present inside the hybrid stars

研究动机与目标

• 开发一种结合共形对称性和两种相互作用流体（夸克物质与重子物质）的混合星相对论模型。
• 研究混合星内部夸克物质与重子物质之间相互作用的物理本质——排斥、吸引或无相互作用。
• 将该模型与致密星的观测数据进行对比，特别是质量-半径关系。
• 确定袋常数在塑造星体内部时空几何与状态方程中的作用。
• 评估该模型与Walecka模型及Buchdahl稳定性条件的一致性。

提出的方法

• 在几何单位制（G = c = 1）下采用静态、球对称的时空度规，并引入共形对称性。
• 应用爱因斯坦场方程，推导出度规函数ν(r)和λ(r)所满足的微分方程组。
• 使用MIT袋模型状态方程对夸克物质进行建模，并采用实测的袋常数值。
• 通过守恒定律引入两流体之间的相互作用方程，导出表示相互作用强度的参数Q。
• 对两种重子物质的状态方程进行数值求解，获得质量-半径分布曲线。
• 将理论的质量-半径预测与脉冲星（如PSR J1614-2230和J0348+0432）的观测数据进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 混合星的时空几何是否允许共形对称性？
• RQ2 何种类型的相互作用（排斥、吸引或无相互作用）最符合观测数据中夸克物质与重子物质之间的关系？
• RQ3 该模型中重子物质的状态方程在高密度下与Walecka模型相比如何？
• RQ4 该模型能否满足Buchdahl的恒星稳定性条件？
• RQ5 袋常数如何影响混合星的时空几何与质量-半径关系？

主要发现

• 该模型证实，混合星的时空几何允许共形对称性，暗示了内在的几何-物质关系。
• 夸克物质与重子物质之间存在排斥相互作用（Q > 0）时，最符合观测的质量-半径数据，尤其在高质量星体中表现更优。
• 重子物质的状态方程给出声速c_s = 1，与Walecka模型在高密度下的预测一致。
• 理论计算的质量与半径值满足Buchdahl条件，支持该模型的物理可行性。
• 袋常数通过常数C₃²与时空几何相关联，该常数决定了e^λ与标量场ψ之间的比例关系。
• 当Q > 0时，理论质量预测与Alford等人结果高度一致，进一步验证了该模型与高质量中子星观测的一致性。