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「 宇 宙 X 線 観 測 と 原 子 核 物 理 学 」<br />
-- 原 子 核 理 物 論 理 物 学 理 学 の の 理 観 論 点 的 から 研 究 から --<br />
初 田 哲 男 ( 理 研 仁 科 加 速 器 研 究 センター)<br />
中 性 子 星 = 巨 大 な 原 子 核<br />
・ M~(1-2)M ☉<br />
・ R ~10km<br />
・ 0 < ρ < 10 ρ 0<br />
構 成 要 素<br />
・ 原 子 核<br />
・ 中 性 子 と 陽 子<br />
・ π 中 間 子 , K 中 間 子<br />
・ ハイペロン<br />
・ クォーク (u,d,s)<br />
+ レプトン
クォークから 中 性 子 星 へ<br />
核 子<br />
原 子 核<br />
中 性 子 星<br />
r ~1 [fm]<br />
r ~10 [fm]<br />
r ~10 [km]<br />
軽 いクォーク<br />
m u ~ 2 MeV<br />
m d ~ 5 MeV<br />
m s ~ 90 MeV<br />
I II III<br />
重 いクォーク<br />
m c ~ 1.3 GeV<br />
m b ~ 4.2 GeV<br />
m t ~ 171 GeV<br />
強 い 相 互 作 用 の 基 礎 理 論 = 量 子 色 力 学 (QCD)<br />
強 い 相 互 作 用 の 典 型 的 スケール ~ (1fm) -1 ~ 200 MeV
中 性 子 星 内 部 の 様 々な 相<br />
・ 原 子 核<br />
原 子 核 パスタ<br />
・ 中 性 子 と 陽 子<br />
超 流 動 , 超 伝 導<br />
・ π 中 間 子 , K 中 間 子<br />
ボース・アインシュタイン 凝 縮<br />
・ ハイペロン<br />
超 流 動<br />
・ クォーク (u,d,s)<br />
カラー 超 伝 導<br />
存 在 の 必 然 性 〇<br />
理 論 の 定 量 性 △
最 近 の 進 展<br />
1. 第 一 原 理 計 算<br />
量 子 分 子 動 力 学 、 格 子 QCDなど<br />
2. 観 測 からのインプット<br />
M,R,T,B,P, …<br />
3. 実 験 からのインプット<br />
RIBF,J-PARCなど<br />
4. 観 測 - 実 験 - 理 論 を 結 びつけるリンクの 提 案<br />
例<br />
M=(1.97±0.04)M ☉<br />
⇒ 硬 いEOS<br />
連 星 合 体 からのGW ⇒ EOSの 硬 さ<br />
星 振 学<br />
Cassiopeia A 冷 却<br />
マグネター<br />
⇒ クラスト 構 造<br />
⇒ 3 P 2 超 流 動<br />
⇒ 強 磁 性 コア
Cassiopeia A Cooling (Heinke & Ho, APJ 2010)<br />
Two Solar Mass, J1614-2230 (Demorest et al., Nature 2010) Magnetars (Enoto, 2012)<br />
T, B, M
E/A (MeV)<br />
高 密 度 状 態 方 程 式 と 核 力 ( 中 性 子 ・ 陽 子 のみの 場 合 )<br />
Akmal, Pandharipande & Ravenhall, PRC58 (’98)<br />
現 象 論 的 核 力 (30-40パラメータ)<br />
Z=0<br />
N=Z<br />
ρ(fm -3 )<br />
ρ 0<br />
3ρ 0 5ρ 0<br />
= 0.16 fm -3
Hebeler et al., PRL 2010<br />
高 密 度 状 態 方 程 式 と 核 力 ( 中 性 子 ・ 陽 子 のみの 場 合 )<br />
NNN<br />
J1614-2230<br />
(ρ max ~ 6ρ 0 )<br />
PSR1913+16<br />
NN<br />
Oppenheimer-Volkov(1939)
格 子 QCDによる 第 一 原 理 計 算 による 核 力<br />
Ishii, Aoki & Hatsuda, Phys. Rev. Lett. 92 (2007) 022001<br />
Ishii et al., [HAL QCD Coll.], Phys. Lett. 712 (2012) 437<br />
1<br />
S 0 NN ポテンシャル ( 格 子 QCD 計 算 ) 現 象 論 的 核 力 (30-40パラメータ)<br />
M π ( 現 在 ) ~ 3 M π (phys.) M π = M π (phys.) , NN, NNN<br />
by 京 コンピュータ
ハイペロンの 逆 襲<br />
NNN<br />
J1614-2230<br />
(ρ max ~ 6ρ 0 )<br />
PSR1913+16<br />
NN<br />
ハイペロン<br />
混 在<br />
Oppenheimer-Volkov(1939)
ハイペロン 問 題 解 決 に 向 けて<br />
BG/L, PACS-CS, T2K, BG/Q<br />
核 力<br />
3 体 力<br />
原 子 核<br />
京 コンピュータ(10PFlops, 理 研 )<br />
2012 年 秋 本 格 稼 働<br />
超 新 星 爆 発<br />
バリオン 力<br />
3 体 バリオン 力<br />
J-PARC (KEK/JAEA)<br />
2011 年 冬 再 稼 働<br />
ハイパー 核<br />
中 性 子 星
内 核 の 物 理<br />
強 相 関 する<br />
クォーク 物 質 の<br />
コアは 可 能<br />
Masuda, Takatsuka<br />
& Hatsuda,<br />
arXiv: 1205.3621 [nucl-th]<br />
レーザートラップされた 冷 却 原 子 気 体 を 用 いて<br />
中 性 子 星 (ハドロン-クォーク 転 移 、 中 間 子 凝 縮 など 内 核 の 物 理 )<br />
を 実 験 室 で 再 現 できる?<br />
Maeda, Baym & Hatsuda,<br />
PRL 103 (2009) 085301<br />
arXiv: 1205.1086 [cond-mat]
中 性 子 星 合 体 後 の 重 力 波 EOSの 硬 さ<br />
Sekiguchi, Kiuchi, Kyutoku & Shiata,<br />
PRL (2011)<br />
Shibata, talk at YITP WS (2012)<br />
1D 2D ( 3D) 超 新 星 爆 発 シミュレーション EOS<br />
Suwa, Takiwaki, Kotake, Sato et al., arXiv: 1206.6101 [astro-ph.HE]<br />
Kotake, talk at “KEI computer symposium” JPS meeting (Sep.11, 2012)
クラストにおける 原 子 核 パスタ<br />
Quantum Molecular Dynamics<br />
(Maruyama et al., PTEP 2012)<br />
Relativistic MFT (Okamoto et al., PLB 2012)
クラストにおける 原 子 核 パスタ<br />
星 振 学 とクラスト 状 態 方 程 式<br />
Quantum Molecular Dynamics<br />
(Maruyama et al., PTEP 2012)<br />
Relativistic MFT (Okamoto et al., PLB 2012)<br />
Sotani, Nakazato, Iida<br />
& Oyamatsu, PRL (2012)
クラスト/ 外 核 における 中 性 子 超 流 動<br />
Tamagaki (1970)<br />
Takatsuka (1972)
クラスト/ 外 核 における 中 性 子 超 流 動<br />
Tamagaki (1970)<br />
Takatsuka (1972)<br />
クラスト 外 核 クラスト 外 核
CAS-A 10 年 冷 却 曲 線 と 内 部 構 造<br />
超 流 動 の 証 拠 ?( 下 図 )<br />
半 径 への 拘 束 ? (Tsuruta 2012)<br />
Shternin et al., Mon. Not. Astr. Soc. (2010)<br />
Page et al., PRL (2011)
外 核 - 内 核 における 量 子 渦<br />
渦 の 大 きさ ~ 10 fm<br />
渦 の 間 隔 ~ 0.01P(s) 1/2 cm<br />
Cipriani,Vinci & Nitta, arXiv:1208.5704
強 磁 性 コアとマグネター<br />
10 15 G ≃ (10 MeV) 2<br />
10 19 G ≃ (1000 MeV) 2<br />
強 い 相 互 作 用 が 起 源 ?<br />
・ 中 性 子 物 質 の 強 磁 性<br />
Brownell & Callaway (1969), Rice (1969), Silverstein (1969), Makishima (1999)<br />
量 子 多 体 計 算 では 否 定 的 : Bordar & Bigdeli, PRC77 (2008) etc<br />
・ クォークコアの 強 磁 性<br />
Tatsumi, Phys. Lett. B489 (2000); arXiv:1107.0807 [hep-ph]].<br />
・ π 中 間 子 ドメインウォールによる 強 磁 性<br />
Son & Stephanov, PRD77 (2008); Eto, Hashimoto & Hatsuda (2012)
まとめ<br />
理 論<br />
第 一 原 理 計 算 + 現 象 論<br />
観 測<br />
X 線 、 電 波<br />
ニュートリノ、 重 力 波<br />
冷 却 原 子 気 体<br />
テーブルトップシミュレータ<br />
実 験<br />
(RIBF, J-PARCなど)<br />
基 礎 データ
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