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“ 脉冲星 · 中子星 · 奇异星的研究” 北京大学天文学系 徐仁新

脉冲星 · 中子星 · 奇异星的研究. 徐仁新 北京大学天文学系. “ 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. 0 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” 北京大学天文学系 徐仁新. 0 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/fm 3 ) 恒星的结构和演化

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“ 脉冲星 · 中子星 · 奇异星的研究” 北京大学天文学系 徐仁新

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  1. 脉冲星·中子星·奇异星的研究 徐仁新 北京大学天文学系 “脉冲星·中子星·奇异星的研究”北京大学天文学系徐仁新

  2. 脉冲星·中子星·奇异星的研究 0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”北京大学天文学系徐仁新

  3. 0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）？ “脉冲星·中子星·奇异星的研究”北京大学天文学系徐仁新

  4. 0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 “脉冲星·中子星·奇异星的研究”北京大学天文学系徐仁新

  5. 0引言：夸克物质与奇异星 • QCD相图 “脉冲星·中子星·奇异星的研究”北京大学天文学系徐仁新

  6. 0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：GSI SIS • 0.8-1.8 GeV/核子，未达到相变密度 • 美国：BNL AGS • 14.5 GeV/核子，未达到相变密度 • 欧洲：CERN SPS • 158-200 GeV/核子，中心~3GeV/fm3 “脉冲星·中子星·奇异星的研究”北京大学天文学系徐仁新

  7. 0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：BNL RHIC，2000.5运行 • 对撞，100GeV+100GeV，几百倍核物质密度 • 欧洲：CERN LHC，2005后 • 对撞，~TeV “脉冲星·中子星·奇异星的研究”北京大学天文学系徐仁新

  8. 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新

  9. 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 • 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新

  10. 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 “脉冲星·中子星·奇异星的研究”北京大学天文学系徐仁新

  11. 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新

  12. 1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 “脉冲星·中子星·奇异星的研究”北京大学天文学系徐仁新

  13. 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：1.44110.0007， 1.38740.0007 “脉冲星·中子星·奇异星的研究”北京大学天文学系徐仁新

  14. 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新

  15. 2中子星模型 • 关于中子星核的夸克相 • 一种估计：(4R3/3)-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） • 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新

  16. 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>3N • 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） “脉冲星·中子星·奇异星的研究”北京大学天文学系徐仁新

  17. 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新

  18. 3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？ “脉冲星·中子星·奇异星的研究”北京大学天文学系徐仁新

  19. 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:MR-3, SS:MR3） • 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新

  20. 3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新

  21. 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： • 观测上如何鉴别中子星和奇异星？ “脉冲星·中子星·奇异星的研究”北京大学天文学系徐仁新

  22. 4如何鉴别中子星和奇异星 • 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”北京大学天文学系徐仁新

  23. 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新

  24. 脉冲星·中子星·奇异星的研究 谢谢各位 请多指教 “脉冲星·中子星·奇异星的研究”北京大学天文学系徐仁新

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