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天体物理学 > 高能天体物理现象

arXiv:2311.13805 (astro-ph)
[提交于 2023年11月23日 (v1) ,最后修订 2024年4月30日 (此版本, v2)]

标题: 最重中子星的质量和半径:状态方程及微扰QCD的探针

标题: Mass and radius of the most massive neutron star: The probe of the equation of state and perturbative QCD

Authors:Shao-Peng Tang, Ming-Zhe Han, Yong-Jia Huang, Yi-Zhong Fan, Da-Ming Wei
摘要: 近期,有研究声称引力波事件GW190425与快速射电暴FRB 20190425A存在关联,并推测其残骸为高度磁化的中子星(NS)。 鉴于FRB 20190425A的出现延迟时间($\sim 2.5$-h),均匀旋转的超质量磁星更受青睐,因为差速自转会在磁制动作用下迅速终止。 非旋转NS的最大引力质量($M_{\rm TOV}$)为$\approx 2.77M_\odot$,这与当前包含微扰量子色动力学(pQCD)信息的状态方程(EOS)约束所获得的相对较低的$M_{\rm TOV}\approx 2.25M_\odot$存在强烈矛盾。 然而,目前中子星的质量-半径和质量-潮汐变形率测量数据本身并不能充分排除高$M_{\rm TOV}$的可能性。 通过进行状态方程约束的模拟测量,我们发现,如果能精确确定类似PSR J0740+6620的中子星半径($2\%$),则有可能区分低和高$M_{\rm TOV}$场景。 我们进一步探讨了利用未来的大质量中子星观测或确定$M_{\rm TOV}$和/或$R_{\rm TOV}$来解决施加 pQCD 约束的适当密度问题的前景。结果表明,测量类似于 PSR J0740+6620 的中子星半径不足以探测接近 5 倍核饱和密度的 EOS,此时 pQCD 提供的信息变得相关。无论如何,额外精确的$M_{\rm TOV}$测量可以为该密度下的 EOS 提供见解。事实上,假设 GRB 170817A 的中心引擎是通过超质量中子星坍缩形成的黑洞,则由此产生的$M_{\rm TOV}\approx 2.2M_\odot$大大软化了最重中子星中心的 EOS,这有利于在超出当前中子星所能达到的密度下施加 pQCD 约束。
摘要: Recently, an association of GW190425 and FRB 20190425A had been claimed and a highly magnetized neutron star (NS) remnant was speculated. Given the $\sim 2.5$-h delay of the occurrence of FRB 20190425A, a uniformly rotating supramassive magnetar is favored since the differential rotation would have been promptly terminated by the magnetic braking. The required maximum gravitational mass ($M_{\rm TOV}$) of the nonrotating NS is $\approx 2.77M_\odot$, which is strongly in tension with the relatively low $M_{\rm TOV}\approx 2.25M_\odot$ obtained in current equation of state (EOS) constraints incorporating perturbative quantum chromodynamics (pQCD) information. However, the current mass-radius and mass-tidal deformability measurements of NSs alone do not convincingly exclude the high $M_{\rm TOV}$ possibility. By performing EOS constraints with mock measurements, we find that with a $2\%$ determination for the radius of PSR J0740+6620-like NS it is possible to distinguish between the low and high $M_{\rm TOV}$ scenarios. We further explore the prospect to resolve the issue of the appropriate density to impose the pQCD constraints with future massive NS observations or determinations of $M_{\rm TOV}$ and/or $R_{\rm TOV}$. It turns out that measuring the radius of a PSR J0740+6620-like NS is insufficient to probe the EOSs around 5 nuclear saturation density, where the information from pQCD becomes relevant. The additional precise $M_{\rm TOV}$ measurements anyhow could provide insights into the EOS at such a density. Indeed, supposing the central engine of GRB 170817A is a black hole formed via the collapse of a supramassive NS, the resulting $M_{\rm TOV}\approx 2.2M_\odot$ considerably softens the EOS at the center of the most massive NS, which is in favor of imposing the pQCD constraint at density beyond the one achievable in the NSs.
评论: 12页,5个图,发表在PRD上
主题: 高能天体物理现象 (astro-ph.HE) ; 广义相对论与量子宇宙学 (gr-qc); 核理论 (nucl-th)
引用方式: arXiv:2311.13805 [astro-ph.HE]
  (或者 arXiv:2311.13805v2 [astro-ph.HE] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2311.13805
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Phys. Rev. D 109, 083037 (2024)
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.083037
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来自: Shaopeng Tang [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2023 年 11 月 23 日 04:40:14 UTC (242 KB)
[v2] 星期二, 2024 年 4 月 30 日 11:18:23 UTC (210 KB)
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