核物质超流性与相关中子星物理问题

Neutron star physics is an important interdisciplinary area of current nuclear physics and astrophysics, and greatly extends the frontier of nuclear physics as well. The equation of state and superfluidity are the two important and fundamental problems that are a common focus of the two research fields. On the one hand, they are crucial for the relevant nuclear structure problems. On the other hand, nowadays, many important and leading issues in neutron star physics urgently require their accurate knowledge, which include the neutrino emission, thermal evolution of neutron stars, pulsar glitch, r-mode instability and quasi-periodical oscillation of magnetars. In particular, the superfluidity has been becoming one of the focuses of nuclear astrophysics once again thanks to the recent observations on neutron star cooling. This project will achieve the values of the proton 1S0 superfluidity and neutron 3PF2 superfluidity based on the Brueckner-Hartree-Fock theory taking into account of the medium screening effect. With the above values and the current observations on neutron star cooling, it will be examined whether the direct Urca process could occur or not, and the density dependent symmetry energy at high densities will then be explored. Moreover, a new r-mode instability window will be determined, and the physical origin of the pulsar glitch together with the role played by the superfluidity in the quasiperiodical oscillation of magnetars will be investigated.

中子星物理不仅是当代核物理和天体物理研究领域的重要交叉学科，它也极大地拓展了核物理的研究空间。其中，核物质状态方程和超流性是这两个研究领域共同关注的重要而基本的问题。一方面它们对理解相关核结构问题具有非常重要的意义，另一方面，中子星物理中很多重要问题的解决迫切需要关于状态方程和超流性的准确知识，如中微子发射、中子星的热演化、周期跃变、r模不稳定性、磁星准周期振荡等。尤其是近几年来中子星冷却的天文观测使得超流性再度成为核天体物理关注的焦点之一。本项目拟基于Brueckner-Hartree-Fock理论，在考虑介质极化效应后，获取非对称核物质的质子1S0和中子3PF2超流性；在此基础上，结合当前对中子星冷却的天文观测判断直接Urca过程能否发生从而揭示高密核物质对称能的密度依赖性；给出新的r模不稳定窗口；进一步考察Vela脉冲星周期跃变的物理本质以及超流性在磁星准周期振荡中的作用。

中子星物理是当代核物理和天体物理研究的交叉领域。其中，核物质状态方程和超流性是这两个学科共同关注的重要问题。一方面它们对理解相关核结构问题具有非常重要的意义，另一方面，中子星物理中很多重要问题的解决迫切需要关于状态方程和超流性的准确知识。.. 在本项目中，我们率先在中子星冷却的研究中将星体结构处理为随时间演化的，星体结构演化与中子星热演化耦合在一起。结果表明，星体冷却会比之前预期的快。对于通常质量的中子星，传统的静态处理可以认为是一个比较好的近似。该项研究对于将来精确描述中子星冷却具有一定的参考意义。.. 利用Brueckner微观多体理论结合AV18、AV14 相互作用势提取了核物质中的同位旋非守恒的核力成分。基于该结果，我们在Skyrme密度泛函中构建了有效相互作用。以此为铺垫，导出了推广的同位旋多重态质量方程，在很大程度上揭示了Nolen-Schiffer反常问题。基于该方程，首次给出了高阶项dTz3和eTz4以及d和e的具体表达式，成功地解释了同位旋四重态和五重态的实验测量结果，这为今后实验研究提供了方向。考虑该破缺效应后，重新约束了对称能的密度依赖行为和208Pb中子皮厚度，对于探索中子星物理的相关的问题具有参考价值。.. 基于Abrikosov-Khalatnikov框架，研究了低质量X射线双星的中子星r模不稳定性问题，着重考察Z因子效应和超流效应对粘滞性的影响。发现在很低的温度下切粘滞性不能够阻止r模不稳定性的发生。此外，探究了Z因子效应和超流效应对体粘滞和星体核心温度的影响，考察快速转动中子星的r模不稳定性能否被粘滞性所抑制。发现很多中子星仍然处于r模不稳定性窗口中，这可能是r模饱和幅度比较小，不足以影响到自转演化和热演化。这些研究结果深化了对于脉冲星r模不稳定性的认识。