Nuclear "pasta" structures in low-density nuclear matter and properties of the neutron-star crust

低密度原子核物質及び中性子星クラストにおける原子核"パスタ"構造

岡本 稔*; 丸山 敏毅  ; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

Okamoto, Minoru*; Maruyama, Toshiki; Yabana, Kazuhiro*; Tatsumi, Toshitaka*

中性子星クラスト領域において、"パスタ"構造と呼ばれる非一様構造の出現が予想されている。近年、マグネターの巨大フレア現象の研究において、それらの構造が観測量や中性子星クラストの物理量に影響を与える可能性が示唆されている。そのような物理量を求めるために、われわれは相対論的平均場模型とThomas-Fermi模型を用い幾何学的対称性を課さない空間3次元の計算を中性子星クラスト物質に対応する低密度原子核物質に対して行った。その結果、陽子含有率を固定した場合においては典型的なパスタ構造の出現を、平衡原子核物質においては球状と棒状の2種類のパスタ構造の出現を確認した。また、原子核"パスタ"の結晶構造に関しても調べた。その結果、従来、球状原子核は体心立方格子を組むとされていたが、面心立方格子も基底状態として現れることを示した。

In neutron star crust, non-uniform structure of nuclear matter is expected, which is called the "pasta" structure. From the recent studies of giant flares in magnetars, these structures might be related to some observables and physical quantities of the neutron star crust. To investigate the above quantities, we have numerically explored the pasta structures with a fully three-dimensional geometry and have studied the properties of low-density nuclear matter, based on the relativistic mean-field model and the Thomas-Fermi approximation. We have observed typical pasta structures for fixed proton number-fraction and droplet and rod for cold catalyzed matter. We have also explored the crystalline configuration of "pasta". Although it was believed that spherical nuclei (droplets) form a body-centred cubic lattice as a ground state, we have shown that a face-centred cubic lattice is energetically more favored than body-centred cubic lattice near the transition density to rod.