【摘 要】
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本文采用相对论平均场理论对中子星进行了理论计算研究,计算中包括了重子八重态,着重研究σ,φ介子对零温中子星、有限温度中子星和慢旋转中子星性质的影响。 对于零温中子星
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本文采用相对论平均场理论对中子星进行了理论计算研究,计算中包括了重子八重态,着重研究σ<*>,φ介子对零温中子星、有限温度中子星和慢旋转中子星性质的影响。
对于零温中子星,计算结果如下所述。
当重子数密度大约为0.4fm<3>时,出现了σ<*>,φ介子,之后,随着重子数密度的增加,σ<*>,φ介子的场强越来越强,超子之间的耦合作用因σ<*>,φ介子的参与而增大,因此σ<*>,φ介子的参与使得∑<0>,Ξ<0>,∑<+>超子出现时的阈值降低了很多(但对Λ以超子,这种影响并不显著),Λ,Ξ<->,∑<->,∑<0>,∑<+>等超子的相对数密度增加;并且由于电中性的要求,e,μ<->,p的相对数密度则降低。至于中子,由于σ<*>,φ介子的贡献使得较多的中子转化为超子,故随着重子数密度增加,中子的相对粒子数密度与不考虑σ<*>,φ介子的贡献时相比将降低,因而,中子星向超子星转变的转变密度将变小。对σ,ω,ρ介子来说,当σ<*>,φ介子出现后,其场强与不考虑σ<*>,φ介子的贡献时有所降低。另外,因为σ<*>,φ介子的出现使系统的自由度增加,从而使系统中核子和轻子的总费米动量降低,故σ<*>,φ介子的参与也使中子与电子的化学势降低。
σ<*>,φ介子的参与对中子星的物态方程也有很大影响。由计算可知,随着能量密度的增大,中子星物质的压强也增大;考虑到σ<*>,φ的贡献后,压强升高的幅度降低,物态方程变软。相应地,σ<*>,φ的参与使中子星的最大质量减小而相应的半径增大;同时,中子星的中心能量密度、中心压强也都因σ<*>,φ的参与而降低了。
关于温度对中子星物质的影响,我们得到了如下计算结果(计算中,中子星物质考虑了超子之间的σ<*>,φ介子的作用,温度取为T=5MeV,10MeV,15MeV,20MeV,25MeV五个温度点)。
1、温度对介子场强的影响在重子数密度较低(ρ=0.3~0.7fm<-3>)处,温度对σ<*>,φ介子的场强影响较大,温度越高,σ<*>,φ介子的场强越较早地大于零;在重子数密度较大(ρ=0.7~1.2fm<-3>)处,这种影响并不显著;在重子数密度增大到(ρ>1.2fm<-3>)以后,σ<*>介子的场强反而随温度的升高而减小,而温度对φ介子的场强则几乎没有影响。温度对σ,ω势场强度的影响是,在较低的重子数密度(P<0.3fm<-3>)范围内,温度对势场强度几乎没有影响;在重子数密度约p>0.3fm<-3>的范围内,温度越高势场强度越小,随着重子数密度的增大,这种影响越来越不明显。对于中子化学势μ<,n>,温度越高则化学势越小。而对于电子化学势μ<,e>,温度的影响较复杂:在较低重子数密度区域(0
),温度越高化学势越大;在中等重子数密度区域(0.2fm<-3>
),温度越高电子化学势越小;在较高重子数密度区域(P>0.9fm<-3>),温度对化学势几乎没有影响。
2、温度对粒子相对数密度的影响对于中子,温度越高相对数密度越低,这种影响在重子数密度较低的区域影响较为显著。
对于质子,在重子数密度较低(P<0.37fm<-3>)时,温度越高则质子的相对数密度越大;在重子数密度较高(P>0.37fm<-3>)区域,温度对质子相对数密度的影响不明显。
对于电子和μ子,在重子数密度较低(ρ<0.37fm<-3>)时,温度越高则相对数密度越大;在重子数密度中等区域(0.37fm<-3>
),温度越高则电子和μ子的相对数密度减小的越多;在重子数密度较高的区域(ρ>0.66fm<-3>),温度越高则电子和μ子的相对数密度减小的速度越慢。
对于先出现的Λ,Ξ<->超子,温度对其相对数密度的影响存在一个转折点密度越小。对于后出现的Σ<->,Σ<0>,Ξ<0>,Σ<+>超子,温度越高其粒子相对数密度越大。另外,对于这六种超子,较高的温度都极大地降低了各种超子出现的阈值。
3、温度对物态方程的影响对于同一中心能量密度,温度越高,压强越大,中子星质量也越大,尤其是在中心能量密度较小时这种影响更为显著。对于中子星质量半径的关系而言,温度越高,同一质量所对应的半径就越大。
之后,我们还计算了σ<*>,φ介子对有限温度中子星物质的影响(计算中,中子星的温度取为15MeV),得到的计算结果如下。与σ<*>,φ介子对零温中子星物质的影响类似,当重子数密度大约为0.34 fm<-3>时,σ<*>,和φ介子的场强超过0 MeV;之后,随着重子数密度的增加而增大,即超子之间的相互作用增强,故σ<*>,φ介子的参与使得Σ<->,Σ<0>,Ξ<0>,Σ<+>超子产生的阈值降低,尤其是对∑<+>,Ξ<0>超子,这种效果尤为明显,但是对于A超子,σ<*>,φ介子的影响并不明显。同样的原因,随着重子数密度的增加,σ<*>,φ介子的参与使得超子在上升阶段上升得更快,考虑到电中性的要求;也使得中子、电子、μ子和质子的相对数密度在下降阶段下降得更快。σ<*>,φ介子的参与还使得中子星的物态方程变软,最大质量减小而相应的半径变大,中心粒子数密度、中心能量密度和中心压强都变小。
上述关于中子星的计算结果,只有当重子数密度ρ小于其相对应的中心重子数密度ρ<,c>(即ρ<ρ<,c>)时,才表示实际中子星内部的结构性质;而此区域之外的计算结果并不代表实际中子星内部状况,该部分的计算结果仅具有理论意义。
最后,我们还计算了慢旋转中子星的转动惯量,得到如下结果。
σ<*>,φ介子的参与使得中子星的转动惯量增大;温度越高,中子星所对应的最大转动惯量也越大;并且,较大的饱和核物质的压缩系数K、对称能a<,sym>,将会给出较大的转动惯量I。
计算结果还表明,虽然中子星具有最大转动惯量和最大质量,但这二者是在不同的中心能量密度情况下达到其最大值的。最大转动惯量达到最大值时对应的中心能量密度较低,而最大质量所对应的中心能量密度则较高。
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