脈沖星中子星奇異星的研究北京大學天文學系徐仁新

脈沖星中子星奇異星的研究北京大學天文學系徐仁新第1頁/共25頁脈沖星·中子星·奇異星的研究第2頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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引言：夸克物質與奇異星1

脈沖星研究及其歷史2

中子星模型3

奇異星模型4

如何鑒別中子星和奇異星脈沖星·中子星·奇異星的研究第3頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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引言：夸克物質與奇異星物理學和天體物理學中的兩個基本問題夸克的色禁閉粒子物理標準模型：基本粒子及其相互作用色禁閉與解禁相變：QGP(~1GeV/fm3)恒星的結構和演化恒星的生命周期SNE形成的天體是中子星還是奇異星是否存在QGP（夸克物質）？第4頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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引言：夸克物質與奇異星高能重離子碰撞：夸克物質實驗室尋找第5頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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引言：夸克物質與奇異星QCD相圖第6頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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引言：夸克物質與奇異星高能重離子碰撞：夸克物質實驗室尋找已有的重離子碰撞實驗德國：GSISIS0.8-1.8GeV/核子，未達到相變密度美國：BNLAGS14.5GeV/核子，未達到相變密度歐洲：CERNSPS158-200GeV/核子，中心~3GeV/fm3第7頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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引言：夸克物質與奇異星高能重離子碰撞：夸克物質實驗室尋找未來的重離子碰撞實驗美國：BNLRHIC，2000.5運行對撞，100GeV+100GeV，幾百倍核物質密度歐洲：CERNLHC，2005后對撞，~TeV第8頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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引言：夸克物質與奇異星奇異星：天然的夸克物質？奇異星的形成：SNE？吸積？自轉減慢？奇異星的尋找奇異星應該表現(xiàn)成什么樣子？脈沖星是奇異星嗎？第9頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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引言：夸克物質與奇異星“重離子碰撞”與“奇異星”之比較：重子化學勢B體積效應溫度相變臨界密度存在的時標第10頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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脈沖星研究及其歷史研究歷史

Landau:Chadwick(1932)Landau(1932)Baade&Zwicky(1934)Openheimer&Volkoff(1939)Pacini(1967)Bell&Hewish(1967)Gold(1968)1986:Haensel-Zdunik-Schaeffer,Alcock-Farhi-Olinto第11頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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脈沖星研究及其歷史與射電脈沖星有關的其它天體（脈沖星類天體）吸積X射線脈沖星

X射線爆反常X射線脈沖星軟射線重復爆孤立“中子星”射線爆發(fā)源？第12頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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脈沖星研究及其歷史射電脈沖星的輻射機制脈沖星的本質中子星模型奇異星模型第13頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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脈沖星研究及其歷史與脈沖星有關的天體的特點強引力場強電磁場極端的強作用和弱作用天然低溫實驗室脈沖信號準確的周期性精確測量如：1.44110.0007，1.38740.0007第14頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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中子星模型中子星的結構大氣層外殼層內殼層中子物質區(qū)中子星的核？第15頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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中子星模型關于中子星核的夸克相一種估計：(4R3/3)-1~0.24fm-3~224MeV/fm3

混合星（hybridstars）存在密度不均勻的間斷面混雜星（mixedstars）夸克物質與核物質在宏觀尺度上共存：混雜相第16頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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奇異星模型存在奇異星的兩個必要條件脈沖星中心密度達到夸克解禁臨界密度格點QCD不適用于高重子化學勢的中子星一般中子星模型能給出中心密度>3N大塊奇異夸克物質是最穩(wěn)定的注意：Strangelet可以不穩(wěn)定體積效應（RHIC：溫度效應蒸發(fā)）第17頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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奇異星模型E.Witten:奇異夸克物質可能是最穩(wěn)定的mu=2~8md=5~15ms=100~300F2~500Farhi&Jaffe**第18頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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奇異星模型若物理規(guī)律滿足，有何天物后果？中子物質夸克相變?yōu)閮晌犊淇宋镔|后必然通過弱作用轉變?yōu)镾QM，且放出大量能量奇異星是中子星的基態(tài)SQM的形成利于超新星爆發(fā)合理地解釋SN1987A的“兩個”中微子爆？吸積或自轉減慢過程導致的相變產生與爆發(fā)有關的天體物理過程：GRB？第19頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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奇異星模型奇異星與中子星的異同在極限質量(1.4)附近，半徑差別不明顯物質成分、密度分布（轉動慣量）質量-半徑關系（NS:MR-3,SS:MR3）表面特征表面密度變化表面的電學特性表面粒子的束縛狀態(tài)第20頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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奇異星模型奇異星是否有厚殼層（10-6~10-5）？Alcock等的觀點奇異星可以從“臟”的星際環(huán)境中吸積物質裸奇異星不能提供形成磁層的粒子不可能利用表面特性區(qū)分NS和SSXQZ：裸奇異星可以表現(xiàn)為射電脈沖星超新星爆發(fā)過程中只能吸積~10-15物質強電磁場中的電子對過程可以提供磁層粒子有可能利用表面特性區(qū)分NS和SS第21頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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徐仁新宇宙中存在奇異星和中子星的可能性所有脈沖星類天體都是中子星所有脈沖星類天體都是奇異星部分脈沖星類天體是中子星，余為奇異星部分或所有脈沖星類天體是某種未知天體若只有前三種可能性，我們必須回答：觀測上如何鑒別中子星和奇異星？4

如何鑒別中子星和奇異星第22頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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徐仁新方式I：極限自轉周期天體的旋轉模（r-mode）不穩(wěn)定性Wang&Lu:振蕩能耗散粘滯性差別Madsen:SNE奇異星P可~ms，而NS則不能方式II：質量-半徑關系R<rm<rco

觀測上確定的M-R關系觀測與理論的對比

EoS4

如何鑒別中子星和奇異星第23頁/共25頁“脈沖星·中子星·奇異星的研究”

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徐仁新方式III：依據(jù)表面特性尋找裸奇異星裸夸克表面存在導致的與觀測有關的后果表