与轻标量场耦合的恒星遗迹结构

在本文中，我们研究标准模型费米子与轻标量场的汤川耦合如何影响中子星等冷恒星遗迹的恒星结构。我们利用一个简单模型来阐明恒星结构现象学：该模型包含与一个主导费米子耦合的有质量标量场，且无其他相互作用。对于宽泛的标量质量范围（中子星为 $10^{-10}\,\mathrm{eV}\ll m_\phi\ll10^3\,\mathrm{eV}$），我们表明状态方程与恒星结构仅依赖于有效耦合 $\mathfrak{g}=\frac{g_f\,m_f}{m_\phi}$，其中 $g_f$ 为汤川耦合，$m_f$ 为费米子质量，$m_\phi$ 为核密度下标量的运动学质量。若 $\mathfrak{g}>\mathcal{O}(1)$，汤川耦合物质表现出多种反常行为，包括流体力学不稳定性、负压强、具有尖锐相界且与真空相隔的物质的相（软相与硬相）之分。这些反常现象可导致恒星仅由软物质、仅由硬物质或软硬混合物质构成。这类恒星的质量-半径关系斜率符号可变，质量异常大或异常小，允许半径存在间隙，同一质量对应多个半径，星壳极薄，并在形成时辐射异常大的能量（中子星以中微子形式）。就这些反常现象未被且/或将不会被观测到而言，有效耦合被限制为 $\mathfrak{g}<\mathcal{O}(1)$。我们认为这一现象学对于含汤川耦合物质的真实恒星模型是普适的。