中子星物质统一物态方程的解析表示

背景：统一物态方程（EoS）应使用相同的物理模型描述中子星的地壳和核心。Brussels-Montreal 小组最近基于核能量密度泛函理论和广义 Skyrme 有效力，拟合可用质量数据，推导出了一族此类 EoS。同时，这些力受到约束，以复现基于现实两核子和三核子力的均匀中子物质微观计算结果。目的：我们通过解析表达式表示最新的 Brussels-Montreal EoS 模型的基本物理特性，以便于将其纳入天体物理模拟中。方法：我们考虑了刚度显著不同的三种 EoS 模型：BSk19、BSk20 和 BSk21。针对每种模型，我们构建了两种 EoS 参数化版本。在第一版中，压强$P$和引力质量密度$\rho$表示为重子数密度$n_b$的函数。在第二版中，$P$、$\rho$和$n_b$表示为伪焓的函数，这对于中子星稳态旋转构型的二维计算非常有用。除了 EoS 外，我们还推导了中子星模拟所需的几个相关量的解析表达式：星核中的电子和μ子数分数、内壳层中每个原子核的核子数，以及内壳层中原子核的等效半径和形状参数。结果：我们获得了冷致密物质模型基本特性的解析表示，这对中子星研究至关重要。我们通过将这些结果应用于计算中子星质量 - 半径关系、最大和最小质量、直接 Urca 过程阈值以及中子星地壳中的电子电导率，展示了我们结果的实用性。