中子星内部和拓扑结构的变化

摘要

夸克物质被认为存在于中子星的中心。一个由夸克物质和普通物质组成的组合模型表明，中心存在的极端条件可能导致拓扑变化，即虫洞的形成。

1.介绍

虫洞是时空拓扑中的把手或隧道连接着我们宇宙或不同宇宙的不同部分。文章中细致的分析1证明了这种虫洞可能是允许双向通道的实际物理物体。

亦在[1]是静态球对称虫洞的度规;也就是说, 在哪里。在这里是形状函数和是红移的函数它必须处处是有限的，以防止出现视界。对于形函数我们必须有,在那里它的半径是喉咙虫洞和和满足燃烧条件[1］．我们用几何化单位。

莫里斯和索恩关注的是适合人形旅行者的可穿越虫洞(可能是由先进文明建造的)，而一个更普遍的问题是自然产生的虫洞是否可能存在[2］．也有人认为，大质量致密恒星内部的极端条件可能会导致拓扑结构的改变[3.］．本文提出中子星是这种拓扑变化的候选对象夸克物质［4- - - - - -7，它被认为存在于中子星的中心[8］．为此，我们将使用基于MIT袋模型的由普通物质和夸克物质组成的双流体模型[9］．我们将考虑两种情况:非相互作用和相互作用的双流体模型。(我们将主要关注前者。)有两种情况的原因是夸克物质是暗物质的一个可行的候选物质[10尽管是在不同的环境下，但它们之间的相互作用可能很弱。

本文讨论了一类描述各向异性物质分布虫洞的爱因斯坦-麦克斯韦场方程的精确解[11］．

本文讨论了一个由中子星物质和产生非平凡拓扑的幻/鬼标量场组成的组合模型[12］．这个模型被称为中子星加虫洞系统。

2.基本方程

对于我们遵循的基本方程[13］．给出了双流体模型的能量动量张量 在(2)和(3.)，和对应于重子物质各自的能量密度和压力，而和对应于夸克物质的能量密度和压力。左边分别是该组分的有效能量密度和压力。

下面列出爱因斯坦场方程[13]： 回忆,。

在MIT包模型中，物质状态方程由 在哪里为袋常数，取145mev /(fm)^3.［9，14］．由于夸克是标准模型的一部分，我们假设;因此。对于正常物质，我们使用某种理想化的状态方程[11］

因为我们假设压强是各向同性的，所以守恒方程为[13］

3.基本方程的解

如引言中所述，我们将主要关注非交互流体模型。这意味着正常物质和夸克物质这两种流体不相互作用。由此得到的守恒方程是相互独立的。使用(7)和(8),我们有 解决方案是 在哪里和是积分常数。方程(4),(5)和(6)现在给 很明显，这个方程是线性的一旦它被改写为以下形式: 积分因子为 马上通向 写出解，我们首先定义，在代入解后，变成和， 我们现在有 下限是虫洞喉咙的半径，我们会看到。

如章节所述1，形函数是获得,所以 我们获得 尤其要注意,，这是虫洞喉咙的特征。

为了学习其他要求，，我们从 导致 考虑到，红移函数的梯度，与潮汐力有关，人们可以预期它的大小是非常大的。所以如果()中括号内的表达式确实小于单位22)为负，绝对值足够小。如果是这样，则满足燃尽条件;也就是说, 因为它表明了弱能量条件的违反，所以耀斑条件是虫洞存在的首要前提[1］．(条件稍后会检查。)

不幸的是,常量和也很大，所以(22)必须更仔细地检查。

4.红移函数的梯度

分析(22)，我们从的梯度开始［15]： 在哪里总质能在径向距离内吗。(该公式也用于托尔曼-奥本海默-沃尔科夫方程的推导。)在几何化单位中，我们得到，

因为我们现在关心的是什么会变成喉咙，我们需要评估和在(11)和(12)获得 (22)成为 我们已经知道了这，所以分子确实是负的。为了便于比较，我们现在简单地假设。然后 无视假设我们暂时决定这超过。我们获得 导致m。分母的另一项，，可能接近于零(因为）.然而，通过简单的翻倍价值，我们可以补偿正常物质条款在分子上，因为这一项比另一项小。考虑到核物质的密度范围在公斤/米^3.来公斤/米^3.，我们可以采取是关于公斤/米^3.。在几何化单位中，实际上是大于和相当接近的吗，从而证明假设是正确的。

备注1。假设收益率，导致(的分子为负)28）.可想而知，这个袋子的压力随着密度的增加而增加，但要反转符号，数值必须为固定值的两倍以上。然而，更重要的是，(7)表明，这种增长很可能会被相应的增长所补偿。

其次，考虑到中子星中心附近的巨大密度，m对应一个相当小的值:使用再一次, 收益率m，尽管更大的值是允许的。所以上述估计是成立的。

最后，注意分母上的另一个因子，，现在看来非常接近统一。

我们得出这样的结论:。所以在喉咙附近，。为了证明这个不平等远离喉咙，回想一下一个半径球的总质量是多少。因此 自减少,的增加,是正的，但是正在减少，所以留不到团结为上。

5.完成虫洞结构

正如我们所见，质量在径向距离内吗。自现在是虫洞的咽喉，它遵循咽喉的定义内部是在歧管外面。虽然不是虫洞时空的一部分，但它仍然对引力场有贡献。这可以比作史瓦西黑洞中的薄壳虫洞[16黑洞虽然不是流形的一部分，但它产生了引力场。这个对比解释了为什么虫洞需要最小的喉道半径来帮助产生足够强的引力场。

由于虫洞的喉部位于中子星的内部深处，因此无法直接观测到。根据(12]，然而，仍然可能有可观察到的蛛丝马迹:如果两颗中子星通过虫洞连接起来，它们将具有完全相同或几乎完全相同的特征。更有力的证据是中子星质量的任何变化。

备注2。夸克物质的核心，被核物质包围，提出了一个关于界面区域的问题。正如引言中提到的，夸克物质被认为是弱相互作用的。因此，最可能的结果是核表面附近的能量密度下降。

5．1.夸克物质的需要

如果夸克物质从模型中被排除，那么(13)成为。因此，术语(28)也被淘汰。自和， 所以(的分数28)的绝对值超过下列值: 虽然我们现在讨论的是核物质()，我们仍然有。很明显接近于零，语句中的分数(33)的绝对值略大于单位;因此是否定的，这很荒谬。作为的增加,只会进一步减小，以致不能满足燃尽条件。

现在很明显，我们的结论完全依赖于是一个常数:增大喉咙的大小直到超过。所以根据我们的模型，拓扑结构的改变只有在中心有足够数量的夸克物质的情况下才有可能。更准确地说，是假设这意味着夸克物质至少要延伸到。

5.2。相互作用的情况下

最后，我们对这个相互作用的案例做了一些简短的评论。如果假定这两种流体相互作用，则守恒方程呈现如下形式[13，17]： 的数量表示两种物质之间的相互作用和迅速下降为。此外，由于假定相互作用相对较弱，和一个非常小的量相比。所以在比较和在for表达式中，数量的存在不会有什么效果。

6.结论

夸克物质被认为存在于中子星的中心。因此，本文的分析是基于具有各向同性物质分布的普通物质和夸克物质的双流体模型。结果表明，极端条件可能导致拓扑结构的改变;也就是说，对于爱因斯坦场方程中物质含量的某些选择，中子星可能会产生虫洞。

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