Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Imposing multi-physics constraints at different densities on the Neutron Star Equation of State

Published 20 Jul 2021 in astro-ph.HE and nucl-th | (2107.09371v3)

Abstract: Neutron star matter spans a wide range of densities, from that of nuclei at the surface to exceeding several times normal nuclear matter density in the core. While terrestrial experiments, such as nuclear or heavy-ion collision experiments, provide clues about the behaviour of dense nuclear matter, one must resort to theoretical models of neutron star matter to extrapolate to higher density and finite neutron/proton asymmetry relevant for neutron stars. In this work, we explore the parameter space within the framework of the Relativistic Mean Field model allowed by present uncertainties compatible with state-of-the-art experimental data. We apply a cut-off filter scheme to constrain the parameter space using multi-physics constraints at different density regimes: chiral effective field theory, nuclear and heavy-ion collision data as well as multi-messenger astrophysical observations of neutron stars. Using the results of the study, we investigate possible correlations between nuclear and astrophysical observables.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (51)
  1. J. M. Lattimer and M. Prakash, Science 304, 536 (2004).
  2. I. Vidana, “A short walk through the physics of neutron stars,”  (2018), arXiv:1805.00837 [nucl-th] .
  3. J. M. Lattimer and M. Prakash, Physics Reports 442, 109–165 (2007).
  4. H. Heiselberg and V. Pandharipande, Annual Review of Nuclear and Particle Science 50, 481 (2000), https://doi.org/10.1146/annurev.nucl.50.1.481 .
  5. J. Schaffner and I. N. Mishustin, Phys. Rev. C 53, 1416 (1996).
  6. D. Chatterjee and I. Vidaña, Eur. Phys. J. A52, 29 (2016), arXiv:1510.06306 [nucl-th] .
  7. J. M. Lattimer, Annual Review of Nuclear and Particle Science 62, 485 (2012), https://doi.org/10.1146/annurev-nucl-102711-095018 .
  8. J. M. Lattimer, AIP Conference Proceedings 1645, 61 (2015), https://aip.scitation.org/doi/pdf/10.1063/1.4909560 .
  9. C. Y. Tsang, M. B. Tsang, P. Danielewicz, W. G. Lynch,  and F. J. Fattoyev, “Constraining neutron-star equation of state using heavy-ion collisions,”  (2018), arXiv:1807.06571 [nucl-ex] .
  10. J. Haidenbauer and U.-G. Meißner, Phys. Rev. C 72, 044005 (2005).
  11. J. Stone and P.-G. Reinhard, Progress in Particle and Nuclear Physics 58, 587–657 (2007).
  12. D. Vautherin and D. M. Brink, Phys. Rev. C 5, 626 (1972).
  13. B. D. Serot and J. D. Walecka, Adv. Nucl. Phys. 16, 1 (1986).
  14. B. D. Serot and J. D. Walecka, International Journal of Modern Physics E 06, 515–631 (1997).
  15. I. Angeli and K. P. Marinova, Atomic Data and Nuclear Data Tables 99, 69 (2013).
  16. P. Danielewicz and J. Lee, Nuclear Physics A 818, 36 (2009).
  17. F. Özel and P. Freire, Annual Review of Astronomy and Astrophysics 54, 401 (2016), https://doi.org/10.1146/annurev-astro-081915-023322 .
  18. E. Fonseca et al., Astrophys. J. Lett. 915, L12 (2021), arXiv:2104.00880 [astro-ph.HE] .
  19. S. Guillot and R. E. Rutledge, The Astrophysical Journal 796, L3 (2014).
  20. J. M. Lattimer and A. W. Steiner, The Astrophysical Journal 784, 123 (2014a).
  21. T. Hinderer, The Astrophysical Journal 677, 1216–1220 (2008).
  22. P. T. H. Pang, I. Tews, M. W. Coughlin, M. Bulla, C. V. D. Broeck,  and T. Dietrich, “Nuclear-Physics Multi-Messenger Astrophysics Constraints on the Neutron-Star Equation of State: Adding NICER’s PSR J0740+6620 Measurement,”  (2021), arXiv:2105.08688 [astro-ph.HE] .
  23. B. Biswas, Astrophys. J. 921, 63 (2021a).
  24. B. Biswas, “Bayesian model-selection of neutron star equation of state using multi-messenger observations,”  (2021b), arXiv:2106.02644 [astro-ph.HE] .
  25. L. Lindblom, Phys. Rev. D 97, 123019 (2018).
  26. P. Landry and R. Essick, Phys. Rev. D 99, 084049 (2019).
  27. N.-B. Zhang and B.-A. Li, The Astrophysical Journal 879, 99 (2019).
  28. W.-J. Xie and B.-A. Li, The Astrophysical Journal 883, 174 (2019).
  29. J. Zimmerman, Z. Carson, K. Schumacher, A. W. Steiner,  and K. Yagi, “Measuring Nuclear Matter Parameters with NICER and LIGO/Virgo,”  (2020), arXiv:2002.03210 [astro-ph.HE] .
  30. W.-C. Chen and J. Piekarewicz, Phys. Rev. C 90, 044305 (2014a).
  31. F. J. Fattoyev and J. Piekarewicz, Phys. Rev. C 82, 025805 (2010).
  32. J. Schaffner-Bielich, Compact Star Physics (Cambridge University Press, 2020).
  33. E. E. Flanagan and T. Hinderer, Phys. Rev. D 77, 021502 (2008).
  34. T. Damour and A. Nagar, Physical Review D 80 (2009), 10.1103/physrevd.80.084035.
  35. K. Yagi and N. Yunes, Phys. Rev. D 88, 023009 (2013).
  36. N. K. Glendenning and S. A. Moszkowski, Phys. Rev. Lett. 67, 2414 (1991).
  37. E. Annala, T. Gorda, E. Katerini, A. Kurkela, J. Nättilä, V. Paschalidis,  and A. Vuorinen, “Multimessenger constraints for ultra-dense matter,”  (2021), arXiv:2105.05132 [astro-ph.HE] .
  38. J. Aichelin, Physics Reports 202, 233 (1991).
  39. W.-C. Chen and J. Piekarewicz, Physical Review C 90 (2014b), 10.1103/physrevc.90.044305.
  40. Y. Lim and J. W. Holt, Phys. Rev. Lett. 121, 062701 (2018).
  41. J. Piekarewicz, Phys. Rev. C 69, 041301 (2004).
  42. B.-A. Li and X. Han, Physics Letters B 727, 276–281 (2013).
  43. J. M. Lattimer and A. W. Steiner, The European Physical Journal A 50 (2014b), 10.1140/epja/i2014-14040-y.
  44. L. S. Collaboration and V. S. Collaboration, “GW170817: Measurements of neutron star radii and equation of state,” https://dcc.ligo.org/LIGO-P1800115/public.
  45. J. M. Lattimer and M. Prakash, Physics Reports 333-334, 121–146 (2000).
  46. J. M. Lattimer and M. Prakash, The Astrophysical Journal 550, 426–442 (2001).
  47. N.-B. Zhang and B.-A. Li, Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 46, 014002 (2018).
  48. R. Essick, I. Tews, P. Landry,  and A. Schwenk, “Astrophysical Constraints on the Symmetry Energy and the Neutron Skin of 208208{}^{208}start_FLOATSUPERSCRIPT 208 end_FLOATSUPERSCRIPTPb with Minimal Modeling Assumptions,”  (2021), arXiv:2102.10074 [nucl-th] .
  49. S. Huth, P. T. H. Pang, I. Tews, T. Dietrich, A. L. Fèvre, A. Schwenk, W. Trautmann, K. Agarwal, M. Bulla, M. W. Coughlin,  and C. V. D. Broeck, “Constraining neutron-star matter with microscopic and macroscopic collisions,”  (2021), arXiv:2107.06229 [nucl-th] .
  50. C. Höhne, P. Senger, A. Andronic, F. Antinori, R. Averbeck, R. Bellwied, V. Friese, J. Heuser, R. Holzmann, Y. Leifels, D. Miśkowiec, T. Peitzmann, D. Röhrich, E. Scomparin,  and F. Uhlig, “Cbm experiment,” in The CBM Physics Book: Compressed Baryonic Matter in Laboratory Experiments, edited by B. Friman, C. Höhne, J. Knoll, S. Leupold, J. Randrup, R. Rapp,  and P. Senger (Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 2011) pp. 849–972.
  51. B. K. Pradhan and D. Chatterjee, Phys. Rev. C 103, 035810 (2021).
Citations (29)
View on Semantic Scholar

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Sign Up to Summarize

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Sign Up to Generate All Videos Subscribe on YouTube

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Sign Up to Generate

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Generate Now

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Generate Now

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Sign Up