Phase conversions in neutron stars: Implications for stellar stability and gravitational wave astrophysics

We review the properties of hybrid stars with a quark matter core and a hadronic mantle, focusing on the role of key micro-physical properties such as the quark/hadron surface and curvature tensions and the conversion speed at the interface between both phases. We summarize the results of works that have determined the surface and curvature tensions from microscopic calculations. If these quantities are large enough, mixed phases are energetically suppressed and the quark core would be separated from the hadronic mantle by a sharp interface. If the conversion speed at the interface is slow, a new class of dynamically stable hybrid objects is possible. Densities tens of times larger than the nuclear saturation density can be attained at the center of these objects. We discuss possible formation mechanisms for the new class of hybrid stars and smoking guns for their observational identification.Fil: Lugones, Germán. Universidad Federal do Abc; BrasilFil: Grunfeld, Ana Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentin

Materia de quarks, supernovas y estrellas de neutrones

En esta Tesis se analizan las consecuencias que tiene la transisión de materia hadrónica a materia de quarks cuando ocurre durante las últimas etapas de la evolución de estrellas masivas y durante el proceso de formación de estrellas de neutrones. En ese sentido, se investiga el desconfinamiento de los hadrones en las condiciones existentes en estos objetos astrofísicos (altas densidades, altas temperaturas, “trapping” de neutrinos). Luego se analizan los procesos hidrodinámicos de combustión que permiten la propagación de la transición. Se aplican estos resultados a simulaciones computacionales de la evolución de estrellas de neutrones encontrándose un mecanismo que produce un retardo en la transición, la cual es posible durante los primeros 10 segundos desde la formación de estas estrellas. Se analizan las consecuencias que tienen estos procesos en el éxito de la explosión de supernovas tipo II. Los modelos teóricos estándar tienen severas dificultades para reproducir las explosiones observadas. Las predicciones de este modelo se comparan con los datos observacionales, en especial con la única detección de la emisión de neutrinos provenientes de una supernova (la detección de la SN 1987A realizada por los detectores de Kamiokande II y IMB). El mecanismo de retardo de la transición permite explicar claramente las observaciones. Se deja en claro por qué la detección de picos de neutrinos “dobles” en las observaciones futuras de los neutrinos provenientes de explosiones de supernovas Tipo II sería una señal clara de la formación de materia de quarks en esos eventos. Como resultado de estos fenómenos la estrella compacta que queda como remanente de una explosión de supernova, debe estar formada, al menos en parte, por materia de quarks. Se analizan las propiedades globales y rotacionales de estrellas formadas por materia de quarks . Se analizan algunas de las características que permitirían diferenciar estos objetos de las estrellas de neutrones. Este estudio da sustento teórico a una descripción diferente de las explosiones de supernovas y de la formación de las usualmente llamadas estrellas de neutrones. Además permite testear la existencia de materia extraña en condiciones que no son posibles de alcanzar en los experimentos de laboratorio.Tesis digitalizada en SEDICI gracias a la Biblioteca de Física de la Facultad de Ciencias Exactas (UNLP).Facultad de Ciencias Exacta

Materia de quarks, supernovas y estrellas de neutrones

En esta Tesis se analizan las consecuencias que tiene la transisión de materia hadrónica a materia de quarks cuando ocurre durante las últimas etapas de la evolución de estrellas masivas y durante el proceso de formación de estrellas de neutrones. En ese sentido, se investiga el desconfinamiento de los hadrones en las condiciones existentes en estos objetos astrofísicos (altas densidades, altas temperaturas, “trapping” de neutrinos). Luego se analizan los procesos hidrodinámicos de combustión que permiten la propagación de la transición. Se aplican estos resultados a simulaciones computacionales de la evolución de estrellas de neutrones encontrándose un mecanismo que produce un retardo en la transición, la cual es posible durante los primeros 10 segundos desde la formación de estas estrellas. Se analizan las consecuencias que tienen estos procesos en el éxito de la explosión de supernovas tipo II. Los modelos teóricos estándar tienen severas dificultades para reproducir las explosiones observadas. Las predicciones de este modelo se comparan con los datos observacionales, en especial con la única detección de la emisión de neutrinos provenientes de una supernova (la detección de la SN 1987A realizada por los detectores de Kamiokande II y IMB). El mecanismo de retardo de la transición permite explicar claramente las observaciones. Se deja en claro por qué la detección de picos de neutrinos “dobles” en las observaciones futuras de los neutrinos provenientes de explosiones de supernovas Tipo II sería una señal clara de la formación de materia de quarks en esos eventos. Como resultado de estos fenómenos la estrella compacta que queda como remanente de una explosión de supernova, debe estar formada, al menos en parte, por materia de quarks. Se analizan las propiedades globales y rotacionales de estrellas formadas por materia de quarks . Se analizan algunas de las características que permitirían diferenciar estos objetos de las estrellas de neutrones. Este estudio da sustento teórico a una descripción diferente de las explosiones de supernovas y de la formación de las usualmente llamadas estrellas de neutrones. Además permite testear la existencia de materia extraña en condiciones que no son posibles de alcanzar en los experimentos de laboratorio.Tesis digitalizada en SEDICI gracias a la Biblioteca de Física de la Facultad de Ciencias Exactas (UNLP).Facultad de Ciencias Exacta

Slow stable hybrid stars: a new class of compact stars that fulfills all current observational constraints

We study hybrid stars considering the effects on stellar stability of the hadron-quark conversion speed at the sharp interface. The equation of state is constructed by combining a model-agnostic hadronic description with a constant speed of sound model for quark matter. We show that current LIGO/Virgo, NICER, low-density nuclear and high-density perturbative QCD constraints can be satisfied in two scenarios with low and high transition pressures. If the conversion speed is slow, a new class of hybrid objects is possible and very stiff hadronic equations of state cannot be discarded.Comment: 7 pages, 4 figure