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在本论文中,我们在相对论平均场近似框架下利用推广的手征强子模型(即FST模型)和非线性Walecka模型系统讨论了中子星内的奇异相 (包括K介子凝聚,超子和奇异夸克物质)及其对中子星整体性质的影响。在相对论平均场理论的有效模型下,重子(包括核子和超子)和K介子之间通过交换σ,ω,和ρ介子米传递相互作用。假设中了星内部为无限大的均匀的各向同性的核物质,利用平均场的方法取介子场为它们在均匀核物质基态中的平均值,欠量介子场只存在时间分量,而ρ介子场只存在同位旋第三分量。从有效模型的拉氏密度出发,利用标准的变分方法得到重了场、轻子场以及介子场的运动方程,结合中子星的系统条件(粒子化学势的β平衡条件、系统整体电中性条件以及重子数守恒条件)组成了完备的非线性方程组进行自洽求解,从而得到中予星的成分含量、压强以及能量密度等性质。把得到的中子星状态方程代入Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV)方程组进行计算,我们可以得到中子星的质量-半径关系。
我们系统讨沦了K介子凝聚和超子在中子星内的生成以及这些奇异相对中子星整体性质的影响。计算结果表明,K介子凝聚和超子明显地软化中子星物质的状态方程,从而降低中子星的最大质最。由于中微子在前中子星和中子星的产生和演化过程起至关重要的作用,冈此,我们详细分析了前中子星物质内的中微子束缚对前中子星内K介子凝聚和前中子星的质量-半径关系的影响。通过讨论可以得到结论,中微子束缚把K介子凝聚的临界密度增加到更高的密度;同时中微子束缚使得前中子星的状态方程变硬,从而增大前中子星的最大质量。
我们还计算了中子星内奇异夸克物质的生成及其埘中子星性质的影响。首先,我们利用简单的MIT袋模型描述中子星内的夸克相,结果表明,奇异夸克相的存在排除了巾子星内山现K介子凝聚的可能性,同时奇异夸克相降低中子星的最大质量。当考虑夸克物质中的色超导效应,我们利用色味锁定(CFL)夸克模型,结果表明:当选取较小的袋常数,中子星内部能够生成CFL夸克物质,在中子星核心存在着强子-CFL夸克混合相;与未成对的夸克物质相比,色超导效应能够软化系统的状态方程,从而降低中子星的最大质量。同时,我们还在CFL夸克模型中引入了微扰QCD修正参数α<,s>来考虑夸克间通过传递胶子进行的相互作用,计算表明,前巾子星的最大质量和相应的半径对QCD修正参数并不敏感。我们还计算了超子之间(Y-Y)的相互作用强度对(前)中子星奇异相以及整体性质的影响。随着天文观测技术的发展,对巾子星质量和引力红移等物理量的观测能够提供重要的限制条件来验证中子星理论模型的准确性,因此,我们仔细分析了中子星的天文观测数据,选取中子星的观测质量和引力红移做为中子星理论模型的限制条件。通过比较理论计算结果与中子星观测的限制条件,从而研究判断有效模型的适用性以及奇异相能否在中子星内部生成,结果表明,在严格的观测质量和红移限制条件下,K介子凝聚能够在中子星内部出现;同时质量和红移限制条件不利于超子和奇异夸克物质在中子星内部的尘成。