强子-夸克相变在核坍缩超新星中的作用

Pia Jakobus; Bernhard Mueller; Alexander Heger; Anton Motornenko; Jan Steinheimer; Horst Stoecker

doi:10.1093/mnras/stac2352

强子-夸克相变在核坍缩超新星中的作用

高能天体物理现象 2022-08-24 v2 太阳与恒星天体物理核理论

作者: Pia Jakobus , Bernhard Mueller , Alexander Heger , Anton Motornenko , Jan Steinheimer , Horst Stoecker

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摘要

量子色动力学中的强子-夸克相变被提出作为核坍缩超新星的一种替代爆发机制。我们通过执行 97 次模拟，研究具有一级 (DD2F\_SF、STOS-B145) 与二级 (CMF) 相变的三种不同强子-夸克状态方程 (EoS) 对 $14\texttt{-}100\,\text{M}_\odot$ 范围内太阳金属丰度与零金属丰度前身星超新星动力学的影响。我们仅在两个低致密度模型 ( $14 \text{M}_\odot$ 与 $16\,\text{M}_\odot$ ) 中用 DD2F\_SF EoS 找到了爆发，两者爆发能量均低至 $\mathord{\sim}10^{50}\,\mathrm{erg}$ 。这些弱爆发的特征在于：除相变驱动爆发的典型第二次中微子暴外，因复杂的反向激波动力学，在爆发相具有数次迷你暴的的中微子信号。核合成显示对 $14\,\text{M}_\odot$ 零金属丰度模型的 $^{90}\mathrm{Zr}$ 与 $16\,\text{M}_\odot$ 太阳金属丰度模型的 $^{94}\mathrm{Zr}$ 等核素显著过产，但过产因子不足以对这种爆发的发生施加约束。使用 DD2F\_SF EoS 的其他若干低致密度模型与使用 STOS EoS 的两个高致密度模型以失败爆发告终并发射第二次中微子暴。对于 CMF EoS，相变从未导致第二次反弹与爆发。对于所有三种 EoS，由于混合相中热力学导数的反常行为，原致密星核心深处发生反转对流，将核心加热至熵高达 $4k_\text{B}/\text{baryon}$ ，并可能具有独特引力波特征，即便对二级相变亦然。

关键词

强子-夸克相变核坍缩超新星状态方程中微子暴核合成引力波

引用

@article{arxiv.2204.10397,
  title  = {The Role of the Hadron-Quark Phase Transition in Core-Collapse Supernovae},
  author = {Pia Jakobus and Bernhard Mueller and Alexander Heger and Anton Motornenko and Jan Steinheimer and Horst Stoecker},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2204.10397},
  year   = {2022}
}

强子-夸克相变在核坍缩超新星中的作用

摘要

关键词

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