A study of dense nuclear matter in a meson-nucleon model including quark-exchange effects

Abstract

Estrelas de nêutrons são remanescentes de supernovas. O núcleo interno de uma estrela de nêutrons é composto principalmente de matéria de nêutrons. A estabilidade da estrela se deve à atração gravitacional que é equilibrada pelo efeito combinado da pressão de degenerescência dos nêutrons e interações inter- nêutrons. Este estudo apresenta uma visão geral da fenomenologia básica das estrelas de nêutrons, incluindo alguns fatos históricos e discute as propriedades da matéria nuclear e matéria de nêutrons densas. Usamos o modelo de Walecka na aproximação de campo médio para obter a equação de estado da matéria densa de nêutrons e calcular propriedades de uma estrela de nêutrons. O modelo de Walecka é uma teoria quântica de campos relativística de mésons e núcleons, Também discutimos os efeitos da troca de quarks entre núcleons na equação de estado. Trocas de quarks surgem em densidades suficientemente altas quando os núcleons têm uma alta probabilidade de sobreposição. Nossa contribuição original é calcular as corrreções devidas a trocas de quarks em um modelo de quarks constituintes e avaliar seu impacto na equação de estado calculada com o modelo de Walecka incluindo efeitos de autointeração entre os mésons. Examinamos como essas correções à equação de estado podem afetar propriedades fundamentais de estrelas de nêutrons, como massa, raio e rigidez. Trocas de quarks surgem em densidades suficientemente altas quando os núcleons têm uma alta probabilidade de sobreposição. Nossa contribuição original é calcular as corrreções devidas a trocas de quarks em um modelo de quarks constituintes e avaliar seu impacto na equação de estado calculada com o modelo de Walecka incluindo efeitos de autointeração entre os mésons. Examinamos como essas correções à equação de estado podem afetar propriedades fundamentais de estrelas de nêutrons, como massa, raio e rigidez.

Neutron stars are remnants of supernovae. The inner core of a neutron star is composed mainly of neutron matter. The stability of the star is due to the attractive gravitational force which is balanced by the combined effect of the degeneracy pressure of the neutrons and interneutron interactions. This study presents an overview of the basic phenomenology of neutron stars, including some historical events, and discusses the properties of dense nuclear matter and pure neutron matter. We use the Walecka model in the mean field approximation to obtain the equation of state of dense neutron matter and compute properties of a neutron star. The Walecka model is a relativistic quantum field theory of mesons and baryons. We also discuss the effects of quark exchange between nucleons on the equation of state. Quark exchange arises at sufficiently high densities when the nucleons have a high overlap probability. Our original contribution is to compute quark exchange corrections in a constituent quark model and evaluate their impact on the equation of state computed in the Walecka model including meson self-interactions. We examine how such corrections to the equation of state might affect fundamental properties of neutron stars, such as mass, radius, and stiffness.