超子对中子星的影响-自然科学版-青岛大学.PDF

第24卷 第2期 青 岛大 学学报 (自然 科 学版 ) Vo1．24No．2 2011年 5月 JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY (NaturalScienceEdition) M av 20 11 文章编号 ：1006—1037(2011)02—0020—04 doi：10．3969／j．issn．1006—1037．2011．02．005 超子对中子星的影响 丁文波 ，杨文华 (1．渤海大学 数理学院物理系，辽宁 锦州 121013；2．青 岛大学 物理科学学院，山东 青岛266071) 摘要 ：通过相对论平均场模型以及弱相互作用理论研究 ∑超子对 中子星 的影响。结果表 明，∑超子对三种介子场均有影响，进而改变了中子星 内部的粒子分布 、质量——半径关 系等 。∑超子在冷却方面的效应更加明显，一方面，它们改变电子和 子的直接 Urca过 程的发生范围，另一方面也使得中微子发射率大幅降低 ，因此∑超子可能并不利于中子星 冷却 。 关键词：中子星；∑超子 ；物态方程 ；冷却 中图分类号：0572．24 文献标志码 ：A 早在上世纪八十年代，Glendenning等人就预言超子 A，∑ ，∑。，∑ ，巨。，虽一可能存在于 中子星 内 部 J。经历了几十年的观测与研究，人们对脉冲星的认识 已更为深入，而随着关于超核的实验水平的提高 ， 超子仍然被认为是最可能出现在中子星 内部的奇异物质 。实验结果表明A超子在饱和核物质 中的束缚能 为一3O～一28MeV，巨超子的取值范围为一28～一18MeV，而∑超子的势深 目前还存在较大争议 ，一30¨2]～ 30MeVL3“]的取值均有可能。然而 ，∑超子 ，尤其是 ∑一是否存在对 中子星 的粒子分布、质量半径关系以及 冷却性质等均有重要影响，因此，本文为了更好地研究∑超子的作用，引入三种中子星物质来对照分析：只含 核子和轻子的 物质 、含有所有重子八重态及轻子的npA∑苴物质 ，以及不含有∑超子的npA∑置物质 。 1 理论模型和计算方法 采用相对论平均场理论来研究强子相 [5]。及 、 及0|三个介子场的场方程可写为 。 dU () 。 。 ； 一 厶 g~Bpm一— ’m~a9o一 厶 g lDB，m；po3— 22,gd3raup~。 B uu B B 式 中U(d)为 场 的非线性 自相互作用项 ，阳 为重子标量密度 ，而 pB对应重子B 的数密度 ，其中B一 {n，P， A，∑ ，∑。，∑一， ，置一}。超子出现的条件是其化学势要大于其零动量时的本征值 ， 一 qelz≥ g 。+g~poaC3B+mB— g．Ba (1) 解 由三个介子场方程 、中子星整体电中性 ，以及总重子数守恒等条件构成的方程组 ，可以得到各重子、轻子的 费米动量、化学势 ，以及介子场量等信息，进而算得 中子星的物态方程 (EoS)。然后利用 TOV方程 ，把 EoS 作为输入量便可得到中子星的质量一半径关系。 中子星在冷却方面的性质需要通过弱相互作用理论得到。 目前公认的最有效率的冷却机制是核子的直 接 Urca(dUrca)过程 ，而超子参与的冷却机制 (如超子超流等)的中微子发射率 比dUrca过程至少低三个数 量级 ，因此忽略超子 Urca过程对冷却的贡献 ，只研究超子对核子的直接 Urca过程的影响。中子发生 口衰变 的dUrca过程 (关于电子)的反应式为 ：一 + 一-t- ，而关于 子的反应式与此类似，电子的位置用 子替 代即可，但 由于 子质量较大，通常关于 子的dUrca过程发生在较高的密度下。根据 Lattimer_l6]、Kubis[7] 等人的理论 ，可以推得关于电子的dUrca过程的中微子的发射率为 ： * 收稿 日期 ：2011-01—25 作者简介 ：丁文波(1980一)，女，博士，讲师，研究方 向：核天体物理