[论文解读] The hyperon puzzle: new hints from Quantum Monte Carlo calculations

Diego Lonardoni, Alessandro Lovato+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2014

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 1

一句话总结

本研究利用辅助场扩散蒙特卡罗计算，探究三体力超子-核子相互作用在中子星方程物态中的作用。研究发现，这些相互作用显著软化了方程物态，并降低了中子星的最大质量，不同三体力模型的预测结果差异显著——部分预测与近期对大质量中子星的观测相容，凸显了对超子-核子力施加更严格约束的必要性。

ABSTRACT

The onset of hyperons in the core of neutron stars and the consequent softening of the equation of state have been questioned for a long time. Controversial theoretical predictions and recent astrophysical observations of neutron stars are the grounds for the so-called hyperon puzzle. We calculate the equation of state and the neutron star mass-radius relation of an infinite systems of neutrons and $\Lambda$ particles by using the auxiliary field diffusion Monte Carlo algorithm. We find that the three-body hyperon-nucleon interaction plays a fundamental role in the softening of the equation of state and for the consequent reduction of the predicted maximum mass. We have considered two different models of three-body force that successfully describe the binding energy of medium mass hypernuclei. Our results indicate that they give dramatically different results on the maximum mass of neutron stars, not necessarily incompatible with the recent observation of very massive neutron stars. We conclude that stronger constraints on the hyperon-neutron force are necessary in order to properly assess the role of hyperons in neutron stars.

研究动机与目标

• 通过考察三体力超子-核子相互作用对中子星方程物态的影响，解决超子疑难问题。
• 评估超子-核子力的理论模型是否能与近期对大质量中子星的天体物理观测相协调。
• 评估不同三体力模型在决定中子星最大质量中的作用。

提出的方法

• 采用辅助场扩散蒙特卡罗（AFDMC）算法，计算中子与Λ粒子无限系统中的物态方程。
• 采用两种不同的三体力超子-核子力模型，这些模型能成功描述中等质量超核的结合能。
• 基于AFDMC模拟得到的物态方程，计算中子星的质量-半径关系。
• 比较不同三体力模型的预测，以确定其对中子星最大质量的影响。
• 验证所选三体力模型与超核结合能实验数据的一致性。
• 评估预测的最大质量与近期对大质量中子星的天体物理观测的兼容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 三体力超子-核子相互作用如何影响中子星物态方程的软化？
• RQ2 不同三体力模型对中子星预测最大质量有何影响？
• RQ3 这些模型预测的最大质量是否能与近期对大质量中子星的观测相容？
• RQ4 与两体力相互作用相比，三体力在物态方程软化中起主导作用的程度如何？
• RQ5 为彻底解决超子疑难问题，需要对超子-中子力施加何种约束？

主要发现

• 三体力超子-核子相互作用在软化中子星物质物态方程中起着根本性作用。
• 引入三体力导致中子星预测最大质量显著降低。
• 两种不同的三体力模型，尽管均与超核结合能数据一致，却对中子星最大质量的预测结果截然不同。
• 这些模型中部分预测的最大质量与近期对极高质量中子星的观测并不矛盾。
• 结果强调了必须对超子-中子力施加更强的实验和理论约束，才能彻底解决超子疑难问题。