Quark and Hybrid Stars with the Quark-Meson Model — Including Preliminaries to Compact Stars

Ifølge kvantekromodynamikk bryter innesperrede kvarker fri fra hadroner til en tilstand av uavgrenset kvarkmaterie ved høy tetthet. Nylige observasjoner av de massive 2 M_☉-pulsarene PSR J1614-2230, PSR J0348+0432 og PSR J0740+6620 antyder at tettheten i nøytronstjerner kan bli høy nok til at små kjerner med uavgrenset kvarkmaterie dannes i det som da kalles en hybridstjerne. Hvis hypotesen om at sær-kvarkmaterie er stabilt stemmer, kan til og med rene sær-kvarkstjerner bestående kun av uavgrenset sær-kvarkmaterie eksistere. Etter en gjennomgang av MIT-pose-modellen, modellerer vi kvarkstjerner med den effektive kvark-meson-modellen for kvantekromodynamikk, der vi beregner den frie energien med én fermionløkke i middelfelt-tilnærmingen for bosoner, noe som er konsistent i grensen der N_c er stor. Vi finner maksimumsmasser M ≤ 2.0 M_☉ og M ≤ 1.8 M_☉ med to og tre kvarktyper, henholdsvis, men klarer ikke modellere sær-kvarkstjerner på en konsistent måte. Spesielt sliter vi med å tilpasse målte masser av σ-mesonet til den frie energien på trenivå, men løser opp i dette med nylig arbeid av Adhikari og andre som konsistent tilpasser parameterene med én løkke i grensen der N_c er stor. Til slutt setter vi sammen hybridstjerner ved å koble kvark-meson-modellen sammen med den hadronske tilstandsligningen fra Akmal, Pandharipande og Ravenhall. Dette genererer korte grener av stabile hybridstjerner med rimelige maksimumsmasser 1.9 M_☉ ≤ M ≤ 2.1 M_☉ og små kjerner med to og tre kvarktyper opptil 0.12 M_☉ og 0.02 M_☉, henholdsvis. En diskontinuerlig faseovergang destabiliserer stjerner med tyngre kvarkkjerner. Resultatene samsvarer godt med annet arbeid som bruker variasjoner av kvark-meson-modellen og Nambu-Jona-Lasinio-modellen