脉冲星中子星奇异星的研究北京大学天文学系徐仁新000002
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夸克物质与核物质在宏观 尺度上共存：混杂相
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
3 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
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 量 通过弱作用转变为SQM，且放出大量能
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？
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
体积效应（RHIC：温度效应 蒸发）
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
3 奇异星模型
E.Witten:奇异夸克物质可能是最稳定的
*mu=2~8 md=5~15 ms=100
~300
F2~500
*Farhi & Jaffe
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
3 奇异星模型
相变临界密度
存在的时标
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
1 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
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SS
XQZ：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
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
4 如何鉴别中子星和奇异星
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：
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
4 如何鉴别中子星和奇异星
徐仁
2 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？
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
2 中子星模型
ห้องสมุดไป่ตู้
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（hybrid stars）
存在密度不均匀的间断面 混杂星（mixed stars）
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
1 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？
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
1 脉冲星研究及其历史
射电脉冲星的 辐射机制
徐仁
3 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
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
3 奇异星模型
奇异星是否有厚壳层（10-6~10-5）？
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 EoS
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
0 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？
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
0 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
脉冲星的本质
中子星模型
奇异星模型
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
1 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
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
4 如何鉴别中子星和奇异星
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
表面粒子束缚能几乎无穷大 RS的V-Gap 表面电导率：SQM>>NS壳 开放区粒子：BSS = e, NS = e 离子
观测上的比较
脉冲星的漂移子脉冲观测 RS的V-Gap 一般脉冲星极冠区温度比RS的低 能否观测到反映开放区粒子成分的X射线谱？
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
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“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
3 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
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 量 通过弱作用转变为SQM，且放出大量能
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？
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
体积效应（RHIC：温度效应 蒸发）
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
3 奇异星模型
E.Witten:奇异夸克物质可能是最稳定的
*mu=2~8 md=5~15 ms=100
~300
F2~500
*Farhi & Jaffe
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
3 奇异星模型
相变临界密度
存在的时标
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
1 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
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SS
XQZ：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
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
4 如何鉴别中子星和奇异星
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：
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
4 如何鉴别中子星和奇异星
徐仁
2 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？
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
2 中子星模型
ห้องสมุดไป่ตู้
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（hybrid stars）
存在密度不均匀的间断面 混杂星（mixed stars）
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
1 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？
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
1 脉冲星研究及其历史
射电脉冲星的 辐射机制
徐仁
3 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
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
3 奇异星模型
奇异星是否有厚壳层（10-6~10-5）？
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 EoS
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
0 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？
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
0 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
脉冲星的本质
中子星模型
奇异星模型
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
1 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
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
4 如何鉴别中子星和奇异星
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
表面粒子束缚能几乎无穷大 RS的V-Gap 表面电导率：SQM>>NS壳 开放区粒子：BSS = e, NS = e 离子
观测上的比较
脉冲星的漂移子脉冲观测 RS的V-Gap 一般脉冲星极冠区温度比RS的低 能否观测到反映开放区粒子成分的X射线谱？
“脉冲星·中子星·奇异星的研究” 北京大学天文学系
徐仁
THANKS!!