致密天体物理系统中 QCD 相变的理论特征

我们通过结合格点 QCD、有效场论和多信使约束的框架,研究了高密度天体系统中一阶 QCD 相变的理论特征。采用 Maxwell 和 Gibbs 构造的混合状态方程,在温度和重子化学势高达 $\mu_B/T < 3$ 的范围内受格点 QCD 约束,在核密度的手征有效场论和渐近密度的微扰 QCD 之间进行了一致的插值。通过 Tolman-Oppenheimer-Volkoff 方程将这些模型应用于静态中子星,并通过相对论流体动力学应用于双星合并,我们发现了显著的特征:(i) 在固定质量下半径差为 0.5-2.0 km 的孪星分支;(ii) 共存区域内的状态方程软化使最大质量减少 0.2-4.0 个太阳质量;(iii) 合并后引力波频率延迟偏移 200-400 Hz;以及(iv) 相变期间中微子发射增强。面对来自 GW170817、NICER 对 PSR J0740+6620 和 PSR J0030+0451 的观测以及微扰 QCD 的多信使约束,我们的模型表明强一阶相变与当前数据勉强一致,但会产生可被下一代探测器探测到的特征。中子星核心声速满足 $c_s^2 < 0.5c^2$,在 2-4 倍饱和密度下出现瞬态共形界限违反。该框架为 Einstein Telescope 和 Cosmic Explorer 提供了定量预测,为精确 QCD 物质测试和可能的夸克物质发现奠定了基础。