初生中子星准正则模与星的结构的关系

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本文使用Banik(Banik EOS)、Lattimer-Swesty(Lattimer-Swesty EOS)、Shen(Shen EOS)和Hempel(Hempel EOS)四种物态方程,研究了初生中子星的平衡结构、l=0微扰的基态模的频率、和l=2微扰的准正则模(Quasi-Normal Mode)的频率在冷却过程中的演化,在均匀温度和质子数比率分布与非均匀分布时的区别。我们假设在初生中子星内部的温度T和质子数比率Yp的分布与静止质量具有线性关系,得到的主要研究结论如下:  (1)TOV星平衡结构:对Yp均匀分布,而T非均匀分布情况,在保证初生中子星的总内能相同的前提下,对于中心静止质量密度ρc相同的星,温度沿径向减小越快,星的静止质量越小;对于总静止质量相同的星,温度沿径向减小地越快,星的半径越小。对T均匀分布,而Yp非均匀分布情况,在保证初生中子星的总质子数比率(有效质子数比率)相同的前提下,对于ρc相同的星,Yp分布的变化对星的静止质量影响不大;对于总静止质量相同的星,Yp分布的变化在高温时对星的半径的影响较大,在低温时对星的半径的影响不大。  (2)l=0微扰的基态模与引力塌缩:在T和Y都是均匀分布的情况下,Shen EOS和Hempel EOS构成的初生中子星,在冷却过程中,取决于初生中子星的静止质量,可能形成稳定的中子星,也可能发生延迟塌缩形成黑洞(基态模频率等于零);而Banik EOS和Lattimer-Swesty EOS构成的初生中子星,在冷却过程中不会发生延迟塌缩,能够形成稳定的中子星。当Yp均匀分布,而T非均匀分布时,Shen EOS和Hempel EOS构成的初生中子星,在冷却过程中是否有延迟塌缩现象,除了与初生中子星的静止质量有关,还与温度T的分布有关。例如,对于Hempel EOS构成的初生中子星,当常数Yp=0.1、k=0.1(k是描述温度分布的参数)时,M≥2.3937M☉的星在冷却过程中将塌缩形成黑洞;当常数Yp=0.1、k=0.2时,Hempel EOS的初生中子星不会塌缩,将形成稳定的中子星。当T均匀分布,而Yp非均匀分布时,初生中子星l=0微扰的基态模频率随温度的演化规律与常数温度和常数质子数比率一样。  (3)l=2微扰的准正则模(Quasi-Normal Mode):在T和Yp都是均匀分布的情况下,对于这四种物态方程的初生中子星,其l=2的准正则模(Quasi-Normal Mode)频率随着温度的降低都是先减小后增大。当Yp均匀分布,而T非均匀分布时,如果变化梯度比较大,对于这四种物态方程的初生中子星,在冷却过程中其l=2的准正则模(Quasi-Normal Mode)频率都是一直减小。如果同时考虑T和Yp非均匀分布,这四种物态方程的初生中子星,在冷却过程中其l=2的准正则模(Quasi-Normal Mode)频率的演化行为与只有T非均匀分布相同。  相对论星的物态方程是天体物理学、核物理与粒子物理学的重要研究领域,对相对论星物态方程的研究可以帮助我们了解在地面实验室不可能得到的高密度物质的物理规律。本文的研究指出,根据初生中子星的准正则模(Quasi-Normal Mode)频率的演化可以推断哪种物态方程能够更好地描述初生中子星内部的真实物质状态。
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