强磁场中子星内壳层pasta相的研究.pdf

摘要 摘 要 中子星自被发现以来就一直是核物理与天体物理领域的研究热点，集四种相互作用于 一身，有着极端的环境，像高密度、强磁场、强引力场，是理论物理学家理想的天然实验 室。磁星，主要是软伽马射线复现源(SGR)和反常X 射线脉冲星(AXP)，属于一类中子星， 但它们不同于普通的中子星，表面有着更强的磁场可以达到 1014∼1015 G ，至今已经发现了 大约 30 颗磁星。在中子星内壳层的底部，最靠近外核的地方，存在不均匀核物质，也就 是随着密度的升高，原子核会依次呈现出“球状”、“柱状”、“板状”、“管状”、“泡状”的 奇异结构，它们也被称为“原子核pasta 相”，它们的存在会影响到中子星很多性质，像星 体热演化，磁场衰变，Glitches 等等。所以，对强磁场下中子星内壳层的pasta 相的研究是 非常有意义的研究课题。 在本论文中，我们用相对论平均场方法(RMF)研究了强磁场下中子星内壳层的核物质， 使用了两种不同的参数组NL3 和NL3 ，使用共存相方法(CP)和Wigner-Seize 原胞(WS) 近似方法，并考虑了包含与不包含反常磁矩(AMM)的情况。结果表明，强磁场会造成中子 星内壳层延展，也就是除了常规的不均匀物质(primary pasta),还会有一系列不连续的不均 匀物质(extended pasta)存在，以“均匀-不均匀-均匀-不均匀-…”的方式一直延续到壳核 相变界面。我们发现，对于“primary pasta” ，只出现了几种pasta 形状。随着核子密度的增 大，结团内的中子密度基本不变，质子密度减小，而低密核子气内的中子密度线性增长， 质子密度基本为零。我们的结果显示，对于这些不连续的不均匀物质(extended pasta)，五 种 pasta 形状都出现了。随着核子密度的增大，结团内中子密度开始线性增长，质子密度 不再减小而是基本不变，低密核子气内的中子密度仍旧线性增长，但是质子密度不再为零， 并且无论是质子还是中子，它在结团和低密核子气的密度非常接近。另外，我们还发现强 磁场下中子星壳核转变处的压强远大于零磁场情况壳核转变处压强，这将直接影响到部分 壳层转动惯量，从而解释脉冲星Glitches 等机制。 本论文的第一章为绪论，介绍了中子星，磁星和 pasta 相，研究现状和研究趋势，以 及本文的研究内容；第二章介绍用到的方法与模型：相对论平均场方法，共存相近似， Wigner-Seize 原胞近似以及零温近似；第三章是结果与讨论，我们的计算得到了不同磁场 强度下的原子核尺寸，两相的质子、中子密度变化，pasta 相的形状变化，核物质状态方程： 每核子结合能，质子比和压强随核子密度的变化情况，其中使用了两种参数组 NL3 和 NL3 ，并考虑了包含与不包含反常磁矩的情况；最后，在第四章我们进行总结与展望。 关键词：强磁场，中子星，内壳层，pasta 相 I 目录 目录 摘 要 III Abstract II 第一章 绪论 1 1.1 中子星简介 1 1.2 核pasta 相 3 1.3 磁星 3 1.4 研究现状与趋势 4 1.5 本文的研究内容 5 1.6 本章小结 5 第二章 方法和模型 6 2.1 相对论平均场方法 6 2.2 Wigner-Seize 原胞近似 9 2.3 共存相方法 9 2.4 零温近似 10 2.5 本章小结 11 第三章 强磁场对中子星内壳层pasta 相的影响 12 3.1 原子核尺寸、密度与形状 12 3.2 核物质状态方程 18 3