Quark, Hybrid, and Unified Hybrid Stars with the Quark-Meson Model

Abstract

Vi beskriver kalde, sfærisk-symmetriske, kompakte stjerner med kvark-meson-modellen med to kvarker. Til å begynne med utleder vi relevante termodynamiske størrelser fra kvantefeltteori ved endelig kjemisk potensial. Vi bruker deretter dette rammeverket på den fenomenologiske kvark-meson-modellen for å finne en tilstandslikning for kvarkmaterie bestående av de to letteste kvarkene, u- og d-kvarken. Med TOV-likningene regner vi ut massemaksimum i intervallet [1.77, 2.02] solmasser for kvarkstjerner. Maksimalverdien avhenger av parameterne vi bruker i kvark-meson-modellen. Ved hjelp av Akmal-Pandharipande-Ravenhall-tilstandslikningen modellerer vi også kompakte stjerner bestående av både nukleær- og kvarkmaterie: Såkalte hybridstjerner. Ved å bruke en brå overgang fra nukleærmaterie til kvarkmaterie i stjernens kjerne, finner vi maksimalmasser i intervallet [2.00, 2.08] solmasser. På ny avhenger verdien av modellparameterne. Til slutt bruker vi også en interpolerende fase mellom nukleær- og kvarkmaterien i det vi kaller en forent hybridstjerne. Da finner vi at maksimalmassene flyttes til intervallet [1.67, 1.95] solmasser. Maksimalmassene er følsomme for hvor vi velger å begynne og slutte den interpolerende fasen, og derfor spenner dette siste intervallet over flere verdier enn det forrige.

We describe cold, spherically symmetric, compact stars with the two-flavour quark-meson model. At first, we derive important thermodynamic quantities from quantum field theory at finite chemical potential. Plugging the quark-meson Lagrangian density into this framework, we obtain an equation of state for two-flavour quark matter, allowing us to model quark stars. With the Tolman-Oppenheimer-Volkoff-equations, we calculate mass maxima in the range [1.77, 2.02] solar masses, depending on the quark-meson model parameters. Introducing the Akmal-Pandharipande-Ravenhall equation of state for nuclear matter, we also model compact stars consisting of both nuclear and quark matter: Hybrid stars. For an abrupt transition from nuclear to quark matter in the star core, we find maximum masses in the range [2.00, 2.08] solar masses, again depending on the quark-meson model parameters. Using an interpolating phase between the nuclear and quark matter instead of the abrupt transition, we find that the range shifts to [1.67, 1.95] solar masses. The choice of where to start and end the interpolating phase significantly influences the maxima, hence the difference in the size of the intervals for the two hybrid star models.