[论文解读] Energy bursts from deconfinement in high-mass twin stars

David Alvarez-Castillo, M. Bejger+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2015

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 4被引用 7

一句话总结

该论文提出，大质量中子星在经历禁闭相变转变为混合星双星时，其动力学坍缩可释放高达 ~10^51 erg 的能量，与最剧烈的天体物理爆发相当。能量库源于初始强子态与最终混合星态之间的质量-能量差，为具有双峰光曲线的快速射电暴（如 FRB121002）提供了一种机制。

ABSTRACT

We estimate the energy reservoir available in the deconfinement phase transition induced collapse of a neutron star to its hybrid star mass twin on the "third family" branch, using a recent equation of state of dense matter. The available energy corresponding to the mass-energy difference between configurations is comparable with energies of the most violent astrophysical burst processes. An observational outcome of such a dynamical transition might be fast radio bursts, specifically a recent example of a FRB with a double-peak structure in its light curve.

研究动机与目标

• 估算高密度中子星通过禁闭相变转变为混合星双星时，在动力学坍缩过程中可释放的能量库。
• 研究此类能量释放是否可解释 FRB121002 中观测到的双峰光曲线结构。
• 评估第三类致密星——大质量中子星双星——在解释极端天体物理现象中的作用。
• 探讨具有夸克物质的刚性方程态（EoS）对中子星稳定性和能量输出的影响。
• 将理论相变动力学与可观测的瞬变现象（如快速射电暴和伽马射线暴）联系起来。

提出的方法

• 采用 Benić 等人（2015）提出的近期方程态（EoS）模型，该模型结合了排除体积修正和具有多夸克相互作用的 NJL 型夸克物质 EoS。
• 在坍缩过程中应用重子质量守恒条件，计算初始强子态与最终混合星态之间的质量-能量差。
• 在强子分支上识别出 ∂M/∂λ_c < 0 的不稳定性点，表明由于强一阶相变导致径向不稳定。
• 将能量库计算为 ΔE = ΔMc²，其中 ΔM 为在恒定重子质量下初始与最终构型之间的质量差。
• 通过分析 M(R) 和 M(M_B) 图表，确定相变过程中半径和质量的变化。
• 考虑动力学坍缩 timescale（约 1 ms）及其对短时标爆发中能量释放的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大质量中子星的禁闭相变过程中，释放的能量库的量级是多少？
• RQ2 此类相变释放的能量是否可解释 FRB121002 中观测到的双峰结构？
• RQ3 包含第三类致密星（即大质量中子星双星）如何影响中子星的稳定性和质量-半径关系？
• RQ4 NJL 夸克物质 EoS 中的矢量耦合参数 η₄ 在决定相变能量输出中的作用是什么？
• RQ5 该能量释放与已知的天体物理爆发现象（如伽马射线暴和快速射电暴）相比如何？

主要发现

• 在大质量中子星通过禁闭相变坍缩为混合星双星的过程中，可释放的能量库约为 10^51 erg，与最剧烈的天体物理爆发过程相当。
• 在考虑的矢量耦合参数 η₄ 范围内，初始强子态与最终混合星态之间的半径差 ΔR 为 1 km 至 1.5 km。
• 初始与最终状态之间的质量差 ΔM（对应于能量库）在不同 η₄ 值下保持一致，η₄ = 0.0、5.0 和 10.0 时的结果在定性和定量上均相似。
• 该相变由强一阶相变驱动，导致强子分支上最大质量点处中子星失稳。
• 该情景为具有双峰光曲线的快速射电暴提供了一个合理的机制：第一峰源于核心地震相变至亚稳态双星，第二峰源于最终坍缩为黑洞。
• 结果表明，此类相变也可能对核心坍缩超新星爆炸有贡献，并可能产生可探测的中微子信号。