Nuclear structures in the crust of neutron stars and realistic nucleon - nucleon interactions
Astrophysics and Astronomy
Final Report Abstract
Das Ziel dieses Projektes bestand darin eine solide Basis für die Modellierung der nuklearen Materie in Neutronensternen zu generieren. Im Gegensatz zu den häufig benutzten einfachen effektiven Wechselwirkungen, deren Parameter an die Beschreibung von Atomkernen angepasst sind, wurden hier realistische NN Wechselwirkungen betrachtet, deren Parameter allein an die experimentellen Daten der NN Streung und des Deuterons angefittet sind. Ziel ist es dann mit diesen realistischen NN Wechselwirkungen die “normalen” nuklearen Systeme, also die Eigenschaften der stabilen Atomkerne, zu reproduzieren, um dann mit diesem anspruchsvollerem theoretischen Modell die Eigenschaften der nuklearen Materie unter den extremen Bedingungen der Neutronensterne zu simulieren. Dazu wurden insbesondere die Ergebnisse von relativistischen Dirac Brueckner Hartree Fock (DBHF) Rechnungen herangezogen und der Phasenübergang von einer homogenen Fermiflüssigkeit von wechselwirkenden Nukleonen in ein Gas von Atomkernen, der ja fur die Kruste von Neutronensternen charakteristisch ist, untersucht. Die gleiche DBHF Beschreibung wurde fuür die Beschreibung des Inneren von Neutronensternen ergänzt um eine mögliche Komponente von Hyperonen. Diese Freiheitsgrade führen zu einer weicheren Zustandsgleichung der baryonischen Materie, was die maximal erreichbare Masse fur die zu modellierenden Neutronensterne reduziert. Die Forderung, dass Neutronensterne bis zu einer Masse von der zweifachen Sonnenmasse stabil sind, gleichzeitig aber auch die experimentellen Daten der A-Hyperkerne reproduziert werden, schränkt den Bereich der möglichen Wechselwirkungsstürken zwischen Hyperonen und Nukleonen sehr stark ein. Dieses Beispiel zeigt, dass die Kern-Teilchenphysik nicht nur einen wichtigen Input für die Astrophysik liefert, sondern umgekehrt auch die Simulationen der Astrophysik Randbedingungen für wichtige Parameter der mikroskopischen Physik liefern küonnen. Für eine erfolgreiche Beschreibung von Atomkernen im Rahmen einer nichtrelativistischen Theorie muss die realistische NN Wechselwirkung durch ein Drei-Teilchenwechselwirkung oder eine einfache dichteabhüngige Kontaktwechselwirkung ergänzt werden. Es konnte gezeigt werden, dass mit einer solchen Beschreibung sowohl die Sättigungseigenschaften der Kernmaterie, die Radien und Energien der stark gebundenen Atomkerne aber auch die Eigenschaften schwach gebundener Atomkerne bis hin zur Instabilitüat gegenüber der Emission von Neutronen sehr gut reproduziert werden können. Mit diesem Ansatz wurden erste Pilotrechnungen für die Struktur der nuklearen Materie in der Kruste von Neutronensternen durchgeführt.
Publications
- “Spinodal instabilities in asymmetric nuclear matter based on realistic N N interaction”, Phys. Rev. C87 (2013) 024317
E.N.E. van Dalen und H. Müther
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevC.87.024317) - “Constraining hypernuclear density functional with Λ-hypernuclei and compact stars”, Phys. Lett. B 734 (2014) 383
E.N.E. van Dalen, G. Colucci und A. Sedrakian
(See online at https://doi.org/10.1016/j.physletb.2014.06.002) - “Tri-axial deformation in nuclei with realistic NN interactions”, Phys. Rev.
E.N.E. van Dalen und H. Müther
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevC.90.034312)
