Neutron Stars and the Equation of State of Cold and Dense QCD Matter
| Title: | Neutron Stars and the Equation of State of Cold and Dense QCD Matter |
| Author(s): | Annala, Eemeli |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics |
| Discipline: | Theoretical Physics |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2016 |
| Abstract: |
At the moment, neutrons stars are some of the few objects in the Universe which allow us to study the physics of cold dense matter. This matter is denser than atomic nuclei and the thermal energy of its particles is much smaller than their Fermi energy. This kind of research is possible because the mass-radius behavior of the neutron star population depends strongly on the equation of state of neutron star matter. Unfortunately, precise enough radius measurements have not been available until very recently when simultaneous mass-radius measurements were developed. Since this development is still going on, no-one has yet combined these new kinds of measurements with perturbative Quantum Chromodynamics (pQCD) calculations, for example.
This thesis has two main functions: Firstly, we want to present the current knowledge about neutron stars and cold dense matter. Secondly, we want to introduce a Bayesian method which connects astronomical observations and current pQCD results by using polytropes. In this fashion, it should be possible to further restrict the behavior of the equation of state of cold dense matter at neutron star densities. Nevertheless, a detailed examination of this approach is left to future studies.
Neutronitähdet kuuluvat niihin harvoihin kohteisiin, joiden avulla kylmän tiheän aineen fysiikkaa voidaan tutkia. Tässä yhteydessä kylmällä tiheällä aineella tarkoitetaan materiaa, joka on atomin ytimiä tiheämpää ja jonka sisältämien hiukkasten lämpöenergia on paljon fermienergiaa pienempää. Tällaisen aineen tutkiminen on mahdollista, koska neutronitähtipopulaation massa-säde käytös riippuu voimakkaasti neutronitähtien sisältämän aineen tilanyhtälöstä. Vaikka neutronitähtien massoja on pystytty mittaamaan hyvinkin tarkasti, tarpeeksi tarkkoja sädemittauksia ei ole ollut mahdollista tehdä kuin vasta muutamia vuosia uudenlaisten mittausmenetelmien yleistyttyä. Koska nämä havaintomenetelmät ovat vieläkin kehitysasteella, kukaan ei ole aktiivisesti pyrkinyt yhdistämään näillä menetelmillä saatuja mittaustuloksia, esimerkiksi, korkean tiheyden kvanttiväridynamiikkalaskelmiin (engl. Quantum Chromodynamics (QCD) calculations ).
Tällä tutkielmalla on kaksi päätarkoitusta: ensinnäkin on haluttu valottaa neutronitähtiin ja kylmään tiheään aineeseen liittyvän tutkimuksen nykytilaa. Toisaalta tässä työssä myös esitellään tapa yhdistää tähtitieteellisistä havainnoista saadut tulokset teoreettisiin QCD-laskelmiin polytrooppien avulla hyödyntäen bayesilaista päättelyä. Tämän menetelmän pitäisi entisestäänkin rajoittaa kylmän tiheän aineen tilanyhtälön käytöstä neutronitähdille tärkeillä tiheyksillä. Tämän metodin tarkempi tarkastelu ja hyödyntäminen on kuitenkin jätetty tuleville tutkimuksille.
|
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| gradu.pdf | 1.132Mb |
This item appears in the following Collection(s)
-
Faculty of Science [4203]