超子相互作用与中子星性质.pptVIP

第1页，共37页，星期日，2025年，2月5日1、“定义”“经典”：（主要）由中子组成的致密星体“现代”：（主要）由高密度强子物质组成的致密星体一、中子星第2页，共37页，星期日，2025年，2月5日2、研究历史和观测1932年中子发现，landu预言中子星的存在。1934年，BaadeandZwicky指出可能在超新星遗迹中寻找到中子星。1939年，OppenheimerandVolkoff第一次对中子星的性质进行了理论计算。中子星的理论提出后，经典天文方法的搜寻都未成功。主要是其平均光度极低。第3页，共37页，星期日，2025年，2月5日1967年，BellandHewish发现了脉冲星，很快Gold证认为旋转中子星：接下来的Crab脉冲星的观测，证明了中子星与超新星的联系。现在已观测到超过1000颗脉冲星。第4页，共37页，星期日，2025年，2月5日第一个脉冲双星PSR1913+16由HolseandTaylor在1973年发现。在已发现的脉冲星中，约有20个脉冲双星，伴星是白矮星或中子星，已知的双中子星6个。利用伴星质量，可测得中子星质量。射电双脉冲星：1.25-1.44太阳质量;X射线双脉冲星：CygX-2:1.8太阳质量VelaX-1:1.9or1.4太阳质量4U1700-37:1.8太阳质量第5页，共37页，星期日，2025年，2月5日观测中子星引力质量F.K.Lamb第6页，共37页，星期日，2025年，2月5日3、诞生：大质量星演化的终态。恒星内部氢核聚变阶段是主序星阶段，演化过程中，当核心处的氢耗尽时，又开始收缩，随着温度的增加，中心出现新的热核反应，三个氦聚合形成碳，而其它氦形成氧。热核反应释放的能量使外层大大膨胀成一个红巨星。如果质量比6太阳质量小，进入红巨星阶段后，剩下的核心主要由氦、碳和氧组成，在自身引力作用下收缩形成一个白矮星。质量为6-8太阳质量，如何变化？目前不大清楚！质量8-20太阳质量的星发生超新星爆发，核心形成中子星。质量大于20太阳质量时，核心继续塌缩而形成黑洞。第7页，共37页，星期日，2025年，2月5日第8页，共37页，星期日，2025年，2月5日Schematiccross-sectionofaneutronstar4、结构第9页，共37页，星期日，2025年，2月5日外壳：原子核和电子内壳：丰中子核、中子和电子核物质：核物质、U子和电子奇异核心：超子、夸克物质？？第10页，共37页，星期日，2025年，2月5日第11页，共37页，星期日，2025年，2月5日5、描述描述中子星需要广义相对论、粒子物理和核物理！爱因斯坦场方程由黎曼曲率张量构造出来的爱因斯坦张量，其散度恒为零。第12页，共37页，星期日，2025年，2月5日爱因斯坦场方程是普遍的形式上简单而又非常复杂的非线性方程，而且时空和物质间还有相互作用。有几种情况可找到近似形式解。爱因斯坦方程在静态球形星内部，可以进行数值解。相对论性球形静态星情况下时空和物质分布的方程就是Oppenheimer-Volkoff偶合微分方程。这是中子星模型发展的基本方程。第13页，共37页，星期日，2025年，2月5日Oppenheimer-Volkoff偶合微分方程：零压强定义了星的边界，因为零压强不能支持物质来反抗内部的引力吸引。与该半径对应的质量值解释为星的引力质量。上述方程中，只要给定状态方程，就可以求解中子星的半径和质量以及其它性质。状态方程由微观理论给出，即要利用现有的核物理和粒子物理知识，外推到中子星密度。第14页，共37页，星期日，2025年，2月5日6中子星物质的性质电中性：每个核子的净电荷（在任何星上每个核子的平均电荷）一定很小，基本为零。只考虑n,p,e,u，则有：第15页，共37页，星期日，2025年，2月5日化学平衡：弱作用过程：当第16页，共37页，星期日，2025年，2月5日中微子自由物质：化学势方程：考虑有超子、和K等其它粒子出现时，同样可以得到化学平衡条件：利用核物理和粒子物理讨论状态方程时，要考虑这些性质。第17页，共37页