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論文

Multidimensional structure of chiral crystals in quark matter

Lee, T.-G.*; 安武 伸俊*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

Proceedings of Science (Internet), 8 Pages, 2017/05

We discuss the possibility of a multidimensional structure of inhomogeneous chiral condensates, which might be realized in cold and dense quark matter or the core of compact stars. For one-dimensional structures, the system becomes unstable at finite temperature due to the Landau-Peierls instability attributed to the excitation of the Nambu-Goldstone modes, with the result that there is no long-range order, while quasi-long-range order is realized instead. On the other hand, chirally inhomogeneous phases with two- or three-dimensional modulations may be realized as a true long-range ordered phase at any temperature, as inferred from the Landau-Peierls theorem. We here consider possible strategies to explore a multidimensional structure of chiral crystals.

論文

Kaon condensation in hyperonic matter and equation of state

武藤 巧*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

JPS Conference Proceedings (Internet), 14, p.020809_1 - 020809_3, 2017/02

Kaon condensation in hyperon-mixed matter, which may be realized in neutron stars, is investigated on the basis of the relativistic mean-field theory for baryon-baryon interaction, combined with the effective chiral Lagrangian. We introduce the range terms for both nucleons and hyperons and a pole contribution from the $$Lambda$$(1405) so as to reproduce the $$S$$-wave on-shell $$KN$$ scattering lengths. Onset density of kaon condensation in the hyperon-mixed matter and the equation of state (EOS) is obtained. It is shown that coexistence of kaon condensation and hyperon-mixed matter necessarily leads to significant softening of the EOS. We address stiffening effects to make the EOS consistent with recent observations of massive neutron stars.

論文

Neutron star cooling with various superfluid and superconducting states

野田 常雄*; 橋本 正章*; 松尾 康秀*; 安武 伸俊*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

JPS Conference Proceedings (Internet), 14, p.020805_1 - 020805_3, 2017/02

A neutron star is a highly dense object which lasts after a supernova explosion. The density of a neutron star overcomes the nuclear density, and the temperature is high at the beginning of its history. An isolated neutron star does not have any heat sources, and it cools down emitting thermal energy by neutrinos. The neutrino emission process depends on the state of interior matter of the neutron star. To compare theoretical simulations and observations of neutron stars, it can constrain the nuclear theory of high density region. We create a model of neutron stars with colour superconducting quark matter and nucleon super fluidity / superconductivity, to satisfy recent observations, including two 2$$M$$$$_odot$$ neutron stars. We parameterize these super-states and demonstrate the cooling curves, which show heavy stars do not always cool faster than lighter stars.

論文

Multi-dimensional structure of crystalline chiral condensates in quark matter

Lee, T.-G.*; 西山 和也*; 安武 伸俊*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

JPS Conference Proceedings (Internet), 14, p.020808_1 - 020808_3, 2017/02

We explore the multi-dimensional structure of inhomogeneous chiral condensates in quark matter. For a one-dimensional structure, the system becomes unstable at finite temperature due to the Nambu-Goldstone excitations. However, inhomogeneous chiral condensates with multi-dimensional modulations may be realized as a true long-range order at any temperature, as inferred from the Landau Peierls theorem. We here present some possible strategies for searching the multi-dimensional structure of chiral crystals.

論文

Finite size effects in hadron-quark phase transition by the Dyson-Schwinger method

安武 伸俊*; Chen, H.*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

Journal of Physics; Conference Series, 665(1), p.012068_1 - 012068_4, 2016/01

We study the hadron-quark phase transition, taking into account the finite-size effects for neutron star matter. For the hadron phase, we adopt a realistic equation of state within the framework of the Brueckner-Hartree-Fock theory. For the quark phase, we apply the Dyson-Schwinger method. The properties of the mixed phase are clarified by considering the finite-size effects. We find that, if the surface tension is strong enough, the equation of state becomes to be close the one with the Maxwell condition, though we properly adopt the Gibbs conditions. This result is qualitatively the same with the one by the use of the simple bag model. We also find that the mass-radius relation by the EoS is consistent with the observations of massive neutron stars.

論文

Cooling of compact stars with color superconducting quark matter

野田 常雄*; 安武 伸俊*; 橋本 正章*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*; 藤本 正行*

Acta Astronomica Sinica, 56(Suppl.), p.52 - 54, 2015/11

コンパクト星の冷却シナリオを示す。カシオペアA(Cas A)の観測により中央のソースは高い有効温度のコンパクト星で、エキゾチックな相を持たない場合の冷却と矛盾しない。Cas Aの観測データから、Cas Aの質量が太陽質量の1.5倍以上となることが分かる。それは重いコンパクト星ほど早く冷えるという現在のコンパクト星の冷却シナリオと矛盾する可能性がある。我々はコンパクト星の冷却にカラー超伝導のあるクォーク物質の効果を入れ、ギャップエネルギー$$Delta$$が10MeVより大きいと仮定した。冷却曲線を計算すると、重い星はゆっくり冷えて軽い星はその反対の傾向を持つことを示した。

論文

Coexistence of kaon condensation and hyperons in hadronic matter and its relevance to quark matter

武藤 巧*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

Acta Astronomica Sinica, 56(Suppl.), p.43 - 45, 2015/11

中性子星において実現している可能性があるKaon凝縮とハイペロンの共存を、有効カイラルLagrangianを加えた相対論的平均場模型により調べた。Kaonの凝縮した相がハイペロンの混入した物質中に存在することは可能だが、物質の状態方程式の極端な軟化を招いてしまう。状態方程式を固くし最近の観測に合うようにするために必要な効果について論じる。

論文

Quark-hadron phase transition with finite-size effects in neutron stars

安武 伸俊*; Benic, S.*; Blaschke, D.*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

Acta Astronomica Sinica, 56(Suppl.), p.85 - 87, 2015/11

中性子星におけるクォークーハドロン相転移について調べた。複数成分の系では、相転移の際に構造を持った混合相の有限サイズ効果を考慮する必要性がある。相転移はクォーク物質やハドロン物質のモデルに強く依存し、2相間の表面張力やニュートリノ含有率、温度にも依存する。しかし、モデルによらず表面張力が強いとMaxwell構成法の状態方程式に似たものになり、弱いとバルクなギブス条件のものになることが分かった。また、我々の提唱する状態方程式が与える天体の質量-半径曲線は、観測と矛盾しないことが分かった。

論文

Interplay of antikaons with hyperons in nuclei and in neutron stars

武藤 巧*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

EPJ Web of Conferences (Internet), 73, p.05007_1 - 05007_5, 2014/06

 パーセンタイル:100

原子核及び中性子星における反Kaonとハイペロンの共存について、相対論的平均場理論に基づいて調べた。多重ストレンジネス原子核は、多重ハイペロン原子核として存在し、束縛したKaonは現れないことを示した。一方で中性子星物質では、適当な深さのKaonのポテンシャルの場合、ハイペロン混合が起こったところでKaon凝縮が起こり、状態方程式の軟化が大きいことが分かった。このため、重い中性子星の観測を説明するには高密度での斥力が必要である。

論文

Finite-size effects at the hadron-quark transition and heavy hybrid stars

安武 伸俊*; Lastowiecki, R.*; Benic, S.*; Blaschke, D.*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

Physical Review C, 89(6), p.065803_1 - 065803_10, 2014/06

 被引用回数:41 パーセンタイル:3.37(Physics, Nuclear)

We study the role of finite-size effects at the hadron-quark phase transition in a new hybrid equation of state constructed from an ab initio Br$"u$ckner-Hartree-Fock theory, with the realistic Bonn-B potential for the hadronic phase and a covariant nonlocal Nambu-Jona-Lasinio model for the quark phase. We construct static hybrid star sequences and find that our model can support stable hybrid stars with an onset of quark matter below $$2M_odot$$ and a maximum mass above $$2.17M_odot$$ in agreement with recent observations. If the finite-size effects are taken into account the core is composed of pure quark matter. Provided that the quark vector channel interaction is small and the finite size effects are taken into account, quark matter appears at densities 2-3 times the nuclear saturation density. In that case the proton fraction in the hadronic phase remains below the value required by the onset of the direct URCA process, so that the early onset of quark matter shall affect on the rapid cooling of the star.

論文

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

岡本 稔*; 丸山 敏毅; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

Physical Review C, 88(2), p.025801_1 - 025801_10, 2013/08

 被引用回数:23 パーセンタイル:12.57(Physics, Nuclear)

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、$$beta$$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。

論文

Shear oscillations in the hadron-quark mixed phase

祖谷 元*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

Nuclear Physics A, 906, p.37 - 49, 2013/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:38.03(Physics, Nuclear)

中性子星内部でのハドロン相からクォーク相への一次相転移では混合相の存在が予想され、その幾何学的構造はハドロン-クォークの表面張力に大きく依存する。論文では、ハドロン-クォーク混合相の特徴を表す剪断弾性率を計算し、剪断振動について調べた。剪断振動の振動数は表面張力に大きく依存し、特に基準振動数は表面張力に比例することがわかった。したがって天体の振動と質量を観測することでハドロン-クォークの表面張力の値を推定できると思われる。

論文

Cooling of compact stars with color superconducting phase in quark-hadron mixed phase

野田 常雄*; 橋本 正章*; 安武 伸俊*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*; 藤本 正行*

Astrophysical Journal, 765(1), p.1_1 - 1_5, 2013/03

 被引用回数:19 パーセンタイル:35.83(Astronomy & Astrophysics)

The Cas A observation shows that the central source is a compact star that has high effective temperature, and it is consistent with the cooling without exotic phases. The observation also gives the mass range of $$Mge 1.5M_odot$$, which may conflict with the current plausible cooling scenario of compact stars. There are some cooled compact stars such as Vela or 3C58, which can not be explained by the minimal cooling scenario with the neutrino emission by nucleon superfluidity (PBF). Then we invoke the exotic cooling processes where heavier stars cool faster than lighter ones. However, the result is inconsistent with the observation of Cas A. Therefore, we present a new cooling scenario by constructing models that include a quark color superconducting (CSC) phase with a large energy gap; this phase appears at ultrahigh density regions and reduces neutrino emissivity. In our model, a compact star has a CSC quark core with a low neutrino emissivity surrounded by high emissivity region made by normal quarks. Our result without considering nucleon superfluidity, shows that while heavier stars cool slowly and lighter ones quickly. Furthermore, we show that our scenario is consistent with the recent observations of the effective temperature of Cas A during the last 10 years, including nucleon superfluidity.

論文

Thermodynamical description of hadron-quark phase transition and its implications on compact-star phenomena

安武 伸俊*; 野田 常雄*; 祖谷 元*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

Recent Advances in Quarks Research, p.63 - 111, 2013/01

Using a baryon-baryon effective interaction for the hadron phase with hyperons and the MIT bag model for the quark phase, we derive the equation of state (EOS) of hadron-quark (HQ) matter, based on the Gibbs conditions for phase equilibrium. One of the interesting consequences may be the appearance of the inhomogeneous structures called "pasta", which are brought about by the balance between the surface and the Coulomb interactions. We explore the properties of cold catalyzed matter, hot matter and neutrino-trapped matter. The pasta structures become unstable by the charge screening of the Coulomb interaction, high temperatures or the neutrino trapping effect. HQ matter with pasta structures may affect astrophysical phenomena through its elasticity or thermal properties. We also discuss some implications on supernova explosion, the gravitational waves and the cooling of compact stars.

論文

Amorphous state in the mixed phase of hadron-quark phase transition in protoneutron stars

安武 伸俊*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

Physical Review D, 86(10), p.101302_1 - 101302_4, 2012/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:70.89(Astronomy & Astrophysics)

全バリオン数,全電荷,全レプトン数を保存するターナリーな系として原始中性子星におけるハドロン-クォーク混合相を研究した。その結果、レプトン数が大きい場合に"パスタ"の結晶構造が現れないことがわかった。すなわち、荷電遮蔽によってパスタ構造のサイズが発散し、系が力学的に不安定になる。したがって、アモルファスのように全系がバルクな2つの領域に分離し、表面の効果が無視できるようになる。そこでは局所荷電中性が近似的に成り立ち、系の状態方程式は実質的にはターナリーではなくバイナリーな系のものに帰着する。しかし、共存相におけるレプトンの割合やバリオン密度が異なるため純粋系にはならず、その特徴である密度の不連続は原始中性子星物質では起こらないと結論できる。

論文

Non-uniform structures in low-density nuclear matter and neutron star crust

岡本 稔; 丸山 敏毅; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

Proceedings of Science (Internet), 6 Pages, 2012/11

中性子星クラストや超新星爆発の前段階の低密度原子核物質において、「原子核パスタ」と呼ばれる非一様構造が現れると示唆されている。多くの先行研究において、一様背景電子と「原子核パスタ」の結晶構造が仮定され、Wigner-Seitz(WS) cell近似も使われてきた。球状の「原子核パスタ」(droplet)において、体心立方(bcc)格子が、面心立方(fcc)格子や単純立方格子よりエネルギー的に安定であるとされてきた。これは同等のサイズのdropletをそれぞれの結晶格子に配置した場合のクーロンエネルギーを比較することによって決定された。より正確には、電子の非一様性とdropletの結晶格子に応じたサイズを考慮しなければならない。われわれは相対論的平均場理論とThomas-Fermi模型に基づいてベータ平衡下の低密度原子核物質に対して空間3次元の計算を行った。発表では、エネルギー的に最も安定な構造、WS cell近似を用いた場合との比較、dropletのfccとbccにおける差異などについて述べる。また、中性子星クラスト物質の弾性率に対するdropletの有限サイズ効果や結晶構造の影響についても言及する。

論文

Pasta structures in neutrino-degenerate nuclear matter

丸山 敏毅; 安武 伸俊*; 巽 敏隆*

Proceedings of Science (Internet), 6 Pages, 2012/11

ニュートリノがトラップされた原子核物質の非一様構造と物質の性質を調べた。理論的枠組みとしては相対論的平均場とトーマス-フェルミ近似を用いた。ニュートリノを含まないわれわれの以前の研究では、電子含有率を固定した場合、いわゆるパスタ構造が現れたが、ベータ平衡物質では、球形核のみが見られた。今回の研究では、レプトン含有率を固定した計算を行ったところ、ニュートリノの圧力を下げるように陽子密度が上昇し、陽子-中性子の強い引力がもたらすクラスター生成により非一様パスタ構造の出現が促進されることがわかった。また、ニュートリノの存在が状態方程式に与える影響についても報告する。

論文

Mixed phases during the phase transitions

巽 敏隆*; 安武 伸俊*; 丸山 敏毅

Neutron Stars; The Aspect of High Density Matter, Equations of State and Observables, p.199 - 231, 2012/10

高密度天体の内部構造を知るためには相転移の熱力学が必要である。非対称原子核物質の液相気相相転移を例として、Gibbs条件を精密に考慮に入れた相平衡を考える。相対論的平均場とThomas-Fermi近似による粒子密度分布を無撞着に解くことにより、混合相の特徴を明らかにした。混合相は共存する平衡な2相からなる非一様な物質で、「パスタ」と呼ばれる特徴的な形状をした1つの相がもう1つの相の中に埋め込まれた結晶構造をとるが、われわれの計算ではこの非一様構造による表面張力とクーロン斥力とを勘案することができる。それにより非一様構造の力学的不安定が起こる場合を明らかにした。また、液相気相相転移における有限温度の効果についても調べた。同様に、ハドロン-クォークの非閉じ込め相転移をハイペロン入りの物質について調べた。そこではニュートリノがトラップされた場合の効果及び有限温度の効果について議論し、混合相の特性と状態方程式を導き出した。

論文

Non-congruence of liquid-gas phase transition of asymmetric nuclear matter

丸山 敏毅; 巽 敏隆*

AIP Conference Proceedings 1441, p.387 - 389, 2012/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:25.95

一次相転移に伴う混合相の性質は、よく単純なMaxwell構成法や、より丁寧にはGibbs条件を解くことで調べられてきた。Maxwell構成法は、相転移のうちでは共存する相が同じ成分からなる合同転移にしか適用できない。陽子,中性子,電子からなる原子核物質の混合相は、一般的には非合同であり、Gibbs条件(共存する2相間で成分の化学ポテンシャルと圧力の釣合)が与える解はMaxwell構成法のものとは異なる。まずわれわれは混合相の構造を無視した計算で原子核物質の液相(L)気相(G)混合相を調べた。陽子と中性子が等しく含まれる対称原子核物質では、系が合同性を保ってふるまうため、Maxwell構成法が適用可能となる。しかし非対称原子核物質の場合はL相とG相での成分が異なり、Maxwell構成法が適用できない。また、われわれは電子を含んだ中性原子核物質についても、LG混合相の幾何学的構造まで含めて調べた。すなわち、いわゆるパスタ構造に関する表面張力とクーロン斥力の効果について明らかにする。

論文

Effect of $$Lambda(1405)$$ on structure of multi-antikaonic nuclei

武藤 巧*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

AIP Conference Proceedings 1374, p.197 - 200, 2011/10

K中間子が複数束縛した原子核の性質を調べた。特に、バリオンの共鳴状態$$Lambda(1405)$$の効果を入れた場合、原子核の構造にどのような影響があるかを調べた。手法としては相対論的平均場模型とThomas-Fermi近似に基づく数値計算を用いた。$$Lambda$$(1405)のpoleの寄与をK中間子の相互作用に取り入れたところ、これが引力的に働くことがわかり、中心密度や束縛エネルギーが増加することがわかった。また、K中間子数の増加に伴いK中間子のエネルギーが増加し、それが$$Lambda(1405)$$の質量と核子の質量の差$$m_{Lambda^*}-m_N$$を超えると、$$p+K^-leftrightarrow Lambda(1405)$$で共鳴していたK中間子が束縛しなくなるというメカニズムを明らかにした。

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