Μελέτη της καταστατικής εξίσωσης της πυρηνικής ύλης και εφαρμογές σε στατικούς και γρήγορα περιστρεφόμενους αστέρες νετρονίων

Abstract

In the present dissertation we study the behavior of the equation of state (EoS) of neutron stars by employing various nuclear models and comparing the EoSs that we produce from them. For this purpose we introduce constraints on the EoS through various physical quantities and explore the effects upon the latter ones not only for static cases of neutron stars but also for those in the Keplerian sequence (maximally rotating cases). At the same time, we examine the area between the crust and the core (low densities) and use our results on astrophysical applications. Our study for the upper bound of the speed of sound is achieved through the maximum mass configuration (for different parameterizations of nuclear models) in order to explore the high density part of the EoS (for densities beyond the nuclear saturation density). Finally, we expand our work around the crust-core interface by studying the higher order effects of the expansion terms of the energy on the transition density and the corresponding pressure. Furthermore, we examine the effects of our results on various properties of static and slowly rotating neutron stars.

Στην παρούσα διατριβή κάνουμε μια προσπάθεια να μελετήσουμε τη συμπεριφορά της καταστατικής εξίσωσης (ΚΕ) των αστέρων νετρονίων αξιοποιώντας διάφορα πυρηνικά μοντέλα, συγκρίνοντας τις ΚΕς που προκύπτουν από αυτά. Για το σκοπό αυτό εισάγουμε περιορισμούς στην ΚΕ μέσα από διάφορα φυσικά μεγέθη και επεκτείνουμε την επίδραση πάνω στα τελευταία όχι μόνο για στατικούς αλλά και για αστέρες νετρονίων που βρίσκονται στην ακολουθία Κέπλερ (δηλαδή οι οποίοι περιστρέφονται με τη μέγιστη επιτρεπόμενη γωνιακή ταχύτητα). Ταυτόχρονα εξετάζουμε την περιοχή ανάμεσα στο φλοιό και τον εξωτερικό πυρήνα (χαμηλές πυκνότητες) με εφαρμογή σε θέματα αστροφυσικής, που αφορούν τους αστέρες νετρονίων, ενώ η μελέτη μας για το άνω όριο που πρέπει να έχει η ταχύτητα του ήχου γίνεται κύρια μέσω κατάλληλης παραμετροποίησης ώστε να βγουν συμπεράσματα για την ΚΕ στις υψηλές πυκνότητες (μεγαλύτερες της πυρηνικής πυκνότητας κορεσμού). Τέλος, επεκτείνουμε τη δουλειά γύρω από την περιοχή πυρήνα-φλοιού με τη μελέτη των επιδράσεων που προκαλούν όροι ανώτερης τάξης του αναπτύγματος της ενέργειας στις τιμές της πυκνότητας μετάβασης και της αντίστοιχης πίεσης. Στη συνέχεια εξετάζουμε πως αυτά τα αποτελέσματα με τη σειρά τους επηρεάζουν ιδιότητες στατικών και αργά περιστρεφόμενων αστέρων νετρονίων.