对称能与中子星冷却的研究

Nuclear symmetry energy is a hot topic in nuclear astrophysics and astrophysics,which plays an important role in nuclear physics and astrophysics. Although many theoretical and experimental efforts have been performed and there are many approaches to deal with this issue, due to the strong model dependence, this problem remains unsolved completely. Recently, great progress have been made to constrain the density dependence of the symmetry energy around the saturation density. However, various approaches tend to provide different results, so the uncertainty requires to be further reduced. It is even morel difficult to constrain the symmetry energy at high densities, though many theoretical and experimental investigations have been performed. This work will investigate the symmetry energy at subnormal density with some approaches that is to reduce the model-dependence as far as possible based on our previous work. The obtained results will be used to explore some issues of neutron star physics, such as glitches. In addition, we study in detail the superfluidity of neutron star matter, and put the results as inputs in the neutron star cooling theory taking into account the heating mechanism to investigate the neutron star cooling scenarios. Combined with the astrophysics observations, we try to extract some information about neutron star interior, such as symmetry energy at high densities. The obtained results may be used in the investigation of other properties of neutron stars.

核物质对称能是当前核天体物理研究中的一个前沿热点问题，在核物理和中子星物理中有重要的意义。虽然人们对其进行了大量的探索并且研究方法多种多样，但是迄今仍未完全确定下来。近年来在饱和密度附近区域，对称能的研究已经取得了较大的进展，但是不同的方法给出的结果仍有一定的差异，因此有必要进行进一步的限制。对称能高密行为的研究更加的困难，虽然有很多实验和理论研究，但它的高密行为具有更大的不确定性。本项目将在以往工作的基础上进一步降低模型依赖性来约束亚饱和密度的对称能，将得到的结果作为输入量用于中子星物理相关问题 (如脉冲周期跃变) 的研究中。另外，详细研究中子星物质的超流性，将结果作为中子星的热演化理论的关键输入量，进而考虑可能存在的加热机制并结合天文观测来研究中子星的冷却性质，并且试图提取中子星内部的信息如对称能的高密行为，所得的结论可以用于中子星其它性质的研究。

对称能的密度依赖性是核物理中的一个热点问题，它涉及到一系列核物理和天体物理重要课题。虽然人们对其进行了大量的研究，但是一直存在强烈的模型依赖性使得问题至今没有满意地解决。中子星冷却是天体物理和核物理共同关注的重要研究领域。随着天文观测数据大量的积累和精度的提高，人们期望通过观测来提取中子星结构以及高密度核物质的一些基本信息。.. 在本项目中，我们采用一种比PREX更为有效的办法，即通过饱和点处核物质对称能J与208Pb对称能系数asym之差J-asym来约束208Pb中子皮厚度. 利用得到的J-asym，我们约束了低密及高密核物质对称能。得到的斜率参数在ρ=0.16fm-3和ρ=0.11fm-3处分别为54±16 MeV 和48±6 MeV。该结果对于探索核天体物理的相关的问题具有参考价值。例如，可以得到中子星内壳层固态物质相变到外核心的液态物质的临界密度为0.091±0.008 fm−3。另外，本项研究得到的208Pb的对称能系数 asym = 22.4 MeV对于校准核能量密度泛函将是一个重要的参考。.. 我们计算了由于核子之间短程关联导致的费米面排空效应对中子星冷却过程输入量的影响，包括中子星物质超流性、中微子发射、物质热容量等。在此基础上，进一步给出了费米面排空效应对冷却曲线的影响，研究结果表明费米面排空效应会导致中子星物质中超流能隙压低一个数量级，从而对超流性在中子星冷却中的作用提出了质疑; 费米面排空效应将导致中微子发生率的降低，而且这一压低效应在高密度情况下尤为明显; 年轻中子星的冷却会被延缓，因此，在精确研究中子星热演化时，费米面排空效应需要被考虑。这项研究澄清了核子短程关联导致的高动量尾巴在中子星冷却中的作用。.. 在广义相对论及GS方程框架下，研究了磁星的结构以及磁场分布。磁场也不会破坏中子星的质量-半径关系。虽然磁场被简单地处理为偶极的极向场，我们首次自洽统一地给出了磁星的结构以及磁场构型，为进一步应用于磁星的爆发研究奠定了基础。