脉冲星中子星奇异星的研究北京大学天文学系徐仁新

脉冲星中子星奇异星的研究北京大学天文学系徐仁新第1页/共25页脉冲星·中子星·奇异星的研究第2页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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引言：夸克物质与奇异星1

脉冲星研究及其历史2

中子星模型3

奇异星模型4

如何鉴别中子星和奇异星脉冲星·中子星·奇异星的研究第3页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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引言：夸克物质与奇异星物理学和天体物理学中的两个基本问题夸克的色禁闭粒子物理标准模型：基本粒子及其相互作用色禁闭与解禁相变：QGP(~1GeV/fm3)恒星的结构和演化恒星的生命周期SNE形成的天体是中子星还是奇异星是否存在QGP（夸克物质）？第4页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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引言：夸克物质与奇异星高能重离子碰撞：夸克物质实验室寻找第5页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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引言：夸克物质与奇异星QCD相图第6页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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引言：夸克物质与奇异星高能重离子碰撞：夸克物质实验室寻找已有的重离子碰撞实验德国：GSISIS0.8-1.8GeV/核子，未达到相变密度美国：BNLAGS14.5GeV/核子，未达到相变密度欧洲：CERNSPS158-200GeV/核子，中心~3GeV/fm3第7页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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引言：夸克物质与奇异星高能重离子碰撞：夸克物质实验室寻找未来的重离子碰撞实验美国：BNLRHIC，2000.5运行对撞，100GeV+100GeV，几百倍核物质密度欧洲：CERNLHC，2005后对撞，~TeV第8页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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引言：夸克物质与奇异星奇异星：天然的夸克物质？奇异星的形成：SNE？吸积？自转减慢？奇异星的寻找奇异星应该表现成什么样子？脉冲星是奇异星吗？第9页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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引言：夸克物质与奇异星“重离子碰撞”与“奇异星”之比较：重子化学势B体积效应温度相变临界密度存在的时标第10页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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脉冲星研究及其历史研究历史

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页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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脉冲星研究及其历史与射电脉冲星有关的其它天体（脉冲星类天体）吸积X射线脉冲星

X射线爆反常X射线脉冲星软射线重复爆孤立“中子星”射线爆发源？第12页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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脉冲星研究及其历史射电脉冲星的辐射机制脉冲星的本质中子星模型奇异星模型第13页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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脉冲星研究及其历史与脉冲星有关的天体的特点强引力场强电磁场极端的强作用和弱作用天然低温实验室脉冲信号准确的周期性精确测量如：1.44110.0007，1.38740.0007第14页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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中子星模型中子星的结构大气层外壳层内壳层中子物质区中子星的核？第15页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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中子星模型关于中子星核的夸克相一种估计：(4R3/3)-1~0.24fm-3~224MeV/fm3

混合星（hybridstars）存在密度不均匀的间断面混杂星（mixedstars）夸克物质与核物质在宏观尺度上共存：混杂相第16页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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奇异星模型存在奇异星的两个必要条件脉冲星中心密度达到夸克解禁临界密度格点QCD不适用于高重子化学势的中子星一般中子星模型能给出中心密度>3N大块奇异夸克物质是最稳定的注意：Strangelet可以不稳定体积效应（RHIC：温度效应蒸发）第17页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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奇异星模型E.Witten:奇异夸克物质可能是最稳定的mu=2~8md=5~15ms=100~300F2~500Farhi&Jaffe**第18页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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奇异星模型若物理规律满足，有何天物后果？中子物质夸克相变为两味夸克物质后必然通过弱作用转变为SQM，且放出大量能量奇异星是中子星的基态SQM的形成利于超新星爆发合理地解释SN1987A的“两个”中微子爆？吸积或自转减慢过程导致的相变产生与爆发有关的天体物理过程：GRB？第19页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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奇异星模型奇异星与中子星的异同在极限质量(1.4)附近，半径差别不明显物质成分、密度分布（转动惯量）质量-半径关系（NS:MR-3,SS:MR3）表面特征表面密度变化表面的电学特性表面粒子的束缚状态第20页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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奇异星模型奇异星是否有厚壳层（10-6~10-5）？Alcock等的观点奇异星可以从“脏”的星际环境中吸积物质裸奇异星不能提供形成磁层的粒子不可能利用表面特性区分NS和SSXQZ：裸奇异星可以表现为射电脉冲星超新星爆发过程中只能吸积~10-15物质强电磁场中的电子对过程可以提供磁层粒子有可能利用表面特性区分NS和SS第21页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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徐仁新宇宙中存在奇异星和中子星的可能性所有脉冲星类天体都是中子星所有脉冲星类天体都是奇异星部分脉冲星类天体是中子星，余为奇异星部分或所有脉冲星类天体是某种未知天体若只有前三种可能性，我们必须回答：观测上如何鉴别中子星和奇异星？4

如何鉴别中子星和奇异星第22页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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徐仁新方式I：极限自转周期天体的旋转模（r-mode）不稳定性Wang&Lu:振荡能耗散粘滞性差别Madsen:SNE奇异星P可~ms，而NS则不能方式II：质量-半径关系R<rm<rco

观测上确定的M-R关系观测与理论的对比

EoS4

如何鉴别中子星和奇异星第23页/共25页“脉冲星·中子星·奇异星的研究”

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徐仁新方式III：依据表面特性寻找裸奇异星裸夸克表面存在导致的与观测有关的后果表