Multi-Physics Bayesian Analysis of Neutron Star Crust Using Relativistic Mean-Field Model
INFN, Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）
本文基于相对平均场模型，通过贝叶斯分析研究中子星地壳性质，探讨地壳-核心过渡密度与压力的影响因素，并评估匹配地壳-核心构造对中子星性质预测的影响。
2026-01-12 astro-ph.SR nucl-th
Spectrum of shear modes in the neutron-star crust: Estimating the nuclear-physics uncertainties
本文利用手征有效场论（EFT）的相互作用建立了中子星内壳模型，计算了中子星内壳的物态方程、剪切性质和地壳剪切模谱。我系统地研究与核物理输入，地壳成分，中子夹带，并估计其对地壳剪切性质和剪切模式谱的影响的不确定性。我发现不确定性主要来自两个来源：中子物质状态方程和中子夹带。我比较了地壳剪切模式的频谱观测频率的准周期振荡的余辉的巨大$γ$射线爆发，发现所有这些频率可以描述的不确定性，这是，但是，目前太大推断中子星属性从观测。
2017-01-18 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Bayesian inference of neutron star crust properties using an ab initio-benchmarked meta-model
本文通过引入基于第一性原理计算的低密度修正改进了中子星壳层EoS元建模框架，利用贝叶斯推断结合多源约束显著降低了内壳层性质的不确定性，为解释高精度多信使数据提供了稳健方法。
2025-08-13 astro-ph.HE nucl-th
Crustal properties of a neutron star within an effective relativistic mean-field model
本文利用有效相对论平均场模型研究了中子星的地壳性质。使用最近开发的E-RMF参数集，如FSUGarnet，IOPB-I，和G3的统一状态方程（EoS）的构造。使用原子质量评估2020数据[中国物理C { \bf 45}，030002（2021）]以及可用的Hartree-Fock-Bogoliubov质量模型[Phys. Rev. C { \bf 88}，024308（2013）]确定富中子核的外壳成分。利用与液核中均匀核物质相同的E-RMF泛函，通过可压缩液滴模型计算，估算了地壳内部的结构。利用三个统一的EoS计算了中子星的质量-半径关系（$M-R$）、转动惯量（$I$）、分地壳转动惯量（$I_{crust}/I$）、质量（$M_{crust})$）和地壳厚度（$l_{crust}$）等性质。地壳性质对密度依赖的对称能和斜率参数敏感，这表明统一处理中子星EoS的重要性。三个统一的EOS，IOPB-I-U，FSUGarnet-U和G3-U，再现了不同的中子星，NICER和毛刺活动获得的观测数据，并被发现适合于进一步描述的中子星的结构。
2022-02-23 astro-ph.HE nucl-th
Bayesian analysis of the shear modulus in the neutron-star crust
Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL), CEA/DRF - CNRS/IN2P3（大离子重加速器（GANIL），CEA/DRF-CNRS/IN2P3）；Université de Caen Normandie, ENSICAEN, CNRS/IN2P3, LPC Caen UMR6534（诺曼底卡昂大学，ENSICAEN，CNRS/IN2P3，LPC Caen UMR6534）；Institut Universitaire de France (IUF)（法国高等研究院）
通过贝叶斯分析评估中子星壳层剪切模量和剪切速度的不确定性，采用无信息先验和核物理信息先验，发现核物理先验显著降低预测不确定性，基频扭振模式频率与观测准周期振荡低频范围一致。
2026-08-26 astro-ph.HE nucl-th
Nuclear Pasta and Crustal Quasi-Periodic Oscillations in Neutron Star
INFN, Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）；Dipartimento di Fisica, Università di Pisa（比萨大学物理系）
本研究通过贝叶斯方法分析中子星核 pasta 结构及其对准周期振荡的影响，揭示了对称能参数与振荡频率的关联。
2026-02-22 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Nuclear Masses and Neutron Stars
丰中子核的精确质谱测量与天体物理学有很大关系。外来核素的质量对核相互作用模型施加约束，从而影响核物质状态方程的描述，该状态方程可以扩展到描述中子星物质。有了壳层闭合附近的核素质量的知识，人们也可以推导出中子星地壳的组成。CERN-ISOLDE的彭宁阱质谱仪ISOLTRAP最近取得了测量82 Zn质量的突破，这使得能够将中子星地壳成分限制在更深层（Wolf等人，PRL 110，2013）。我们使用不同的核模型对中子星外壳中的核序列进行了更详细的研究，以说明中子星模型对质量的敏感性和鲁棒性。证实了N=50和N=82闭合中子壳层对地壳成分的主导作用。
2013-03-06 astro-ph.SR nucl-th
Neutron star crustal properties from relativistic mean-field models and bulk parameters effects
利用强子相对论平均场（RMF）模型，在对称和非对称核物质约束下，计算了中子星的地壳性质，即质量（$M_{\rm crust}$）、半径（$R_{\rm crust}$）和转动惯量分数（$ΔI/I$），以及一些恒星边界.我们验证哪一个也是在协议的限制$ΔI/I \geqslant 1.4\%$和$ΔI/I \geqslant 7\%$有关的毛刺机制中观察到的，如船帆座之一。后一种约束解释了当考虑夹带效应时的毛刺现象。我们的研究结果表明，这些参数通过的故障限制的中子星质量范围的$M\leqslant 1.82M_\odot$（$ΔI/I \geqslant 1.4\%$），和$M\leqslant 1.16M_\odot$（$ΔI/I \geqslant 7\%$）。我们还研究了核物质体参数对地壳性质的影响，发现对称能是产生$M_{\rm crust}$、$R_{\rm crust}$和~ $ΔI/I$较高变化的量。基于这些结果，我们构造了一个特殊的RMF参数化，即使在$M=1.4M_\odot$，质量值用于拟合船帆座脉冲星X射线谱的软分量的数据，也能够满足$ΔI/I \geqslant 7\%$。该模型还与PSR J1614-2230、PSR J 0348 +0432和MSP J 0740 +6620双星的观测数据以及中子星内部成分探测器（NICER）任务的数据兼容。
2021-10-04 astro-ph.HE nucl-th
Properties of the neutron star crust informed by nuclear structure data
Université de Caen Normandie（卡昂诺曼底大学）；Università degli Studi di Milano（米兰大学）；INFN, Sezione di Milano（意大利国家核物理研究所米兰分部）
本文通过贝叶斯分析，基于多种Skyrme函数，研究中子星物态方程，首次统一了内壳层的Thomas-Fermi方法，并探讨了中子星观测参数与物态方程的关系。
2026-04-14 astro-ph.HE nucl-th
Internal constitution of the outer crust of non-accreted neutron stars and magnetars
Université Libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学）；Brussels Laboratory of the Universe（宇宙布鲁塞尔实验室）
开发了magcrust程序，快速计算冷非吸积磁星在1e13-1e16 G磁场范围内的外壳组成，精度在百分之几内，计算速度提升1e3-1e7倍。
2026-06-08 astro-ph.HE nucl-th
Analytical determination of the structure and nuclear abundances of the outer crust of a cold nonaccreted neutron star
Université Libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学）
本研究提出一种快速迭代方法，结合高精度解析公式与广义相对论方程近似解，可同时计算冷非吸积中子星外壳的核组成、层深度与重子质量，大幅提升计算效率，支撑大规模统计与敏感性分析。
2020-03-02 astro-ph.HE nucl-th
Influence of the nuclear symmetry energy on the structure and composition of the outer crust
我们回顾和扩展与非相对论性核平均场计算的核对称性能量的结构和组成的非吸积中子星的外壳的影响以前的研究。首先，我们开发了一个简单的“玩具模型”，以了解决定外壳结构和组成的最相关的量：核对称能和电子气的压力。虽然后者是一个确定的数量，前者-特别是它的密度依赖性-仍然缺乏一个准确的表征。因此，我们专注于核对称能对地壳成分的影响。为此，我们采用不同的核模型，是准确的地球核的描述。我们表明，这些模型与刚性对称能量--即，那些产生较厚的中子皮在重核和具有较小的对称能量在低于正常的核密度-产生更多的外来同位素在恒星地壳比他们的软同行。
2011-09-14 astro-ph.SR nucl-th
Accreting neutron stars from the nuclear energy-density functional theory. II. Equation of state and global properties
在低质量X射线双星中，物质在中子星表面的吸积触发了X射线爆发，其灰烬被掩埋并进一步处理，从而改变了恒星地壳的成分和性质。在这第二篇文章中，我们在核能-密度泛函理论的框架下研究了吸积对中子星状态方程和整体性质的影响。考虑由$^{56}$ Fe组成的灰烬，我们使用与我们先前研究中用于确定相同灰烬的地壳加热的那些相同的BSk-蒙特利尔核能密度泛函BSk 19、BSk 20和BSk 21计算状态方程。所有区域的吸积中子星被处理在一个统一的和热力学一致的方式。利用这些状态方程，我们确定了吸积中子星的质量、半径、转动惯量和潮汐形变，并与基于相同泛函的统一状态方程的催化中子星进行了比较。被吸积的中子星的状态方程被发现是显着比催化物质，绝热指数$Γ\approx 4/3$在整个地壳更硬。由于这个原因，吸积的中子星有更大的半径。然而，它们的地壳转动惯量和它们的潮汐变形能力几乎没有改变，只要适当地考虑在相邻地壳层之间的界面处的密度不连续。吸积中子星的状态方程的刚度的增强主要是核壳效应的结果，从而证实了我们在第一个研究中强调的量子处理的重要性。与我们以前的计算地壳加热使用相同的泛函，我们因此获得了一致的微观输入吸积中子星的模拟。
2022-09-23 astro-ph.HE nucl-th
Predicting the moment of inertia of pulsar J0737-3039A from Bayesian modeling of the nuclear equation of state
我们从核物质状态方程的贝叶斯后验概率分布中研究中子星的转动惯量，该方程结合了微观多体理论和有限核的经验数据。我们把重点放在PSR J 0737 - 3039 A和预测，对于这个1.338 M_太阳中子星的转动惯量的范围$1.04 \times 10^{45}$ g cm $^{2} < I < 1.51 \times 10^{45}$ g cm $^{2}$在95%的可信度水平，而最可能的值为转动惯量的$\tilde I = 1.36 \times 10^{45}$ g cm $^{2}$。假设PSR J 0737 - 3039 A的转动惯量的测量精度为10%，我们研究了中子星半径和潮汐形变的影响。我们还确定了地壳的组成部分的转动惯量，并发现，对于典型的中子星质量为1.3 M_sun < M < 1.5 M_sun的地壳贡献的总转动惯量的1% - 6%，下面是需要解释的情况下，强中子夹带的脉冲星故障。
2019-09-16 astro-ph.HE nucl-th
Quiescent thermal emission from neutron stars in LMXBs
我们监测了低质量X射线双星中中子星在X射线强烈活动（爆发）活跃期后的静态热辐射。中子星壳的热弛豫的理论模型可以用来建立对壳的成分和输运性质的约束，这取决于所假设的天体物理情景。我们数值模拟了中子星地壳的热演化，并将其与五个源的推断表面温度进行了比较：MXB 1659-29，KS 1731-260，EXO 0748-676，XTE J1701-462和IGR J17480-2446。我们发现，MXB 1659-29，KS 1731-260和EXO 0748-676的演化可以很好地描述在地壳深部冷却的情况下。相反，我们发现，其他两个来源只能用地壳冷却以外的模型来解释。对于XTE J1701-462的特殊发射，我们提出了替代方案，如剩余吸积在静止期间，在外壳中的额外热源，和/或由于埋藏的磁场热隔离的内地壳。我们还解释了最近报道的IGR J17480-2446的温度与来自浅源的外地壳中的额外热沉积。
2015-02-19 astro-ph.HE nucl-th
Decoding Neutron Star Observations: Revealing Composition through Bayesian Neural Networks
研究利用贝叶斯神经网络（BNNs）基于中子星宏观性质（如半径和潮汐形变率）推断其内部质子分数和声速，通过模拟观测数据验证，BNNs能以合理不确定性恢复中子星组成，为揭示中子星内部结构提供了有效工具。
2023-09-14 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Properties of the outer crust of strongly magnetized neutron stars from Hartree-Fock-Bogoliubov atomic mass models
利用最新的实验原子质量数据，结合基于Hartree-Fock-Bogoliubov方法的微观原子质量模型，研究了冷非吸积磁星（即具有很强磁场的中子星）外壳的平衡性质.强磁场引起的电子运动朗道量子化对地壳物质的组成和状态方程有重要影响。研究还表明，磁星的外壳可能比普通中子星的外壳大得多。
2013-05-02 astro-ph.HE nucl-th
Magnetised neutron star crust within effective relativistic mean-field model
尽管中子星壳的结晶性质在描述各种迷人的天体物理观测中起着关键作用，但在巨大的磁场存在下，它的微观结构还没有完全理解。本文在有效相对论平均场框架下研究了磁场强度为$\sim 10^{17}$ G的中子星的地壳性质。我们使用最新的原子质量评估，通过最小化吉布斯自由能来计算地壳的平衡组成。磁场显著地影响状态方程（EoS）和外壳的性质，例如中子滴密度、压力和熔化温度。对于地壳内部，我们首次采用可压缩液滴模型来研究磁环境下的地壳性质。内地壳性质，如质量和电荷数分布，同位旋不对称性，集团密度等，显示出对磁场强度敏感的典型量子振荡（De Haas-van Alphen效应）。密度相关的对称能影响磁内壳一样，无场的情况下。我们研究了可能的修改面食结构，并观察到它们的质量和厚度的变化由$\sim 10-15 \%$取决于磁场强度。研究了软伽玛中继站中磁化地壳准周期振荡（QPO）的基本扭转振荡模式频率。在这项工作中考虑的磁场强度只影响EoS的外部和浅区域的内地壳，这不会导致显着的变化，在全球中子星的属性。然而，随着磁场强度的增加，外地壳质量和转动惯量显著增加。
2023-02-22 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
The cooling of the Cassiopeia A neutron star as a probe of the nuclear symmetry energy and nuclear pasta
在过去的十年中，对Cas A超新星遗迹中的中子星的X射线观测表明，这颗恒星的表面温度正在迅速下降$\approx$ $2-5.5\%$。一种解释认为，快速冷却是由恒星核心的中子超流引发的，导致中子库珀对断裂和形成（PBF）的中微子发射增强。使用一致的中子星地壳和核心状态方程（EOS）和成分，我们探讨了这种解释的灵敏度密度依赖的对称性能量$L$的EOS，并加强中微子冷却的存在下，在地壳“核面食”的气泡阶段。在保守的范围内的中子星质量和信封组成的冷却建模，我们发现$L\lesssim70$兆电子伏，与地球上的实验约束和其他天体物理观测的竞争。对于接近$M\gtrsim 1.65 M_{\odot}$的最可能质量的质量，约束变得更加严格$35\lesssim L\lesssim 55$ MeV。包含的气泡冷却过程降低了恒星在PBF阶段的冷却速率，只有当$L\lesssim45$ MeV，考虑到所有的质量，对应于中子星半径$\lesssim 11$公里，匹配观察到的速率。
2013-11-23 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Possible Existence of Extremely Neutron-Rich Superheavy Nuclei in Neutron Star Crusts Under a Superstrong Magnetic Field
我们调查地壳成分的磁场强度范围很广，高达$B\simeq 4\times10^{18}$ G，采用最新的实验核质量补充各种质量模型。磁场的基本效应有两个：1）由于电子垂直于磁场运动的Landau-Rabi量子化，电子分数的增加与质子分数的增加通过电中性条件联系在一起，即在给定的压强下，中子丰度被抑制。因此，2）原子核可以在更高的压力下存在而不会滴出中子。通过探索理论模型预测的所有可能核的最佳外地壳成分，我们发现$B\gtrsim 10^{17}$ G出现了中子幻数为50、82、126和184的丰中子重核，以及不同质子数的丰中子重核。此外，我们表明，超重核质子数$Z\ge104$，包括未知元素，如$Z=119, 120, 122$，和/或$124$，取决于质量模型，可能会出现在地壳底部层的平衡组成$B\gtrsim 10^{18}$ G，这是非常丰富的中子（$N\approx 260$ - $287$，即，$N/Z\approx 2.2$ - $2.4$）。我们指出，这些极端丰中子超重核位于下一个中子幻数$N=258$后$N=184$，强调在这种真正的异国情调，极端条件下的核结构计算的重要性。我们展示了超强磁场如何实质性地改变中子星的地壳性质，这可能会产生可检测的后果。
2023-02-15 astro-ph.HE nucl-ex nucl-th
Neutron Star Masses and Radii from Quiescent Low-Mass X-ray Binaries
我们进行了系统的分析，中子星半径的限制，从五个静态的低质量X射线二进制文件，并检查他们如何依赖于测量他们的距离和数量的干预吸收材料，以及他们假设的大气成分。我们构建和校准发表的结果的半解析模型的中子星大气近似这些影响的预测质量和半径。从静止源的氢-大气光谱拟合建立的质量和半径概率分布开始，我们应用这个模型来计算交替的概率分布。我们进行贝叶斯分析，以估计中子星质量半径曲线和状态方程（EOS）参数，最适合每组分布，假设存在一个已知的低密度中子星地壳EOS，一个简单的模型，高密度EOS，因果关系，和观察到的中子星最大质量超过$2~M_\odot$。我们计算的后验概率为每组距离测量和假设的吸收和成分。我们发现，在我们的假设和我们的参数化EOS模型的背景下，一些吸收模型是不利的。我们发现，相对于那些具有强相变的奇异物质，由强子组成的中子星更受青睐。此外，所有五颗恒星都有氢大气的模型被发现不太受欢迎。我们最有可能的模型预测的中子星半径是一致的，与目前的实验结果，核子-核子相互作用的性质附近的核饱和密度。
2014-03-19 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Uncertainties in the pasta-phase properties of catalysed neutron stars
中子星的内部预计会呈现出不同的物质状态。特别是，称为“面食”相的复杂非球形结构可能存在于内壳的最高密度处，可能对不同的中子星现象产生影响。我们研究的面食阶段的属性和面食观测值的不确定性，这是由于我们的核能功能的不完整的知识。为此，我们采用了可压缩的液滴模型的方法与表面参数优化的实验核质量或理论计算。为了评估模型的不确定性，我们进行了贝叶斯分析，主要是不同的模型参数使用统一的先验，并产生后验分布与过滤器占我们目前的低密度核物理知识和高密度中子星物理约束。我们的研究结果表明，核物理的约束，如在非常低的密度和实验质量测量的中子物质状态方程，是至关重要的，在确定地壳和面食可观的。考虑到所有的限制，我们证明了面食阶段的存在是稳健的预测在一个重要的部分内地壳。我们估计与面食阶段相关的地壳相对厚度为$R_{\rm pasta}/R_{\rm crust}=0.128\pm 0.047$，相对转动惯量为$I_{\rm pasta}/I_{\rm crust}=0.480\pm 0.137$。我们的研究结果表明，表面和曲率参数是更有影响力的比散装参数的描述面食可观的。我们还表明，使用一个表面张力，这是不一致的散装功能导致低估的平均值和不确定性的面食属性，从而突出了一致的核功能计算的重要性。
2021-10-27 astro-ph.HE nucl-th
Neutron star inner crust: reduction of shear modulus by nuclei finite size effect
本文用可压缩液滴与 ionic spheroid 模型解析分析核有限尺寸效应，指出晶格剪切诱发核形变，使内壳层有效剪切模量普适降低，最内层约达25%。
2022-09-13 astro-ph.HE nucl-th
Thermodynamically consistent accreted crust of neutron stars: The role of proton shell effects
本文构建了考虑中子静力学/扩散条件和质子壳效应的中子星吸积壳层模型，采用可压缩液滴模型进行数值演示，为约束超密物质性质提供了更自洽的理论框架。
2024-06-09 astro-ph.HE nucl-th
