Θερμική εξέλιξη υβριδικών αστέρων, ψύξη δίδυμων αστέρων και διερεύνηση της φύσης του HESS J1731-347
Creators: name: Νανόπουλος, Δημήτριος Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Ψύξη υβριδικών αστέρων
Ψύξη δίδυμων αστέρων
Φύση του HESS J1731-347
Cooling of hybrid stars
Cooling of twin stars
Nature of the HESS J1731-347

description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η θερμική εξέλιξη διαφόρων συμπαγών αστρικών αντικειμένων. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε µία θεωρητική εισαγωγή στους αστέρες νετρονίων παραθέτοντας ορισμένα γενικά χαρακτηριστικά και πληροφορίες όσον αφορά την δομή των αστέρων και των καταστατικών εξισώσεων που τους περιγράφουν, ενώ έγινε και µία εκτενής αναφορά στους quark και τους υβριδικούς αστέρες. Κατόπιν, αναλύθηκε η θεωρία ψύξης των quark, αδρονικών και υβριδικών αστέρων, παραθέτοντας τις διεργασίες ψύξης που συμμετέχουν καθώς και άλλους παράγοντες που διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην θερμική εξέλιξη του άστρου όπως η ειδική θερμοχωρητικότητα και ο φάκελος. Στο τρίτο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας παρατίθεται ο μαθηματικός φορμαλισμός της υπολογιστικής μελέτης της διαδικασίας ψύξης των αστέρων, καθώς ,επίσης, αναλύεται και ο απαραίτητος μετασχηματισμός των εξισώσεων TOV προκειμένου να κατασταθούν επιλύσιμες από τα υπολογιστικά εργαλεία (στην προκειμένη περίπτωση την MATLAB). Στο τέταρτο και πέμπτο κεφάλαιο παρατίθενται τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα αντίστοιχα της υπολογιστικής μελέτης. Η υπολογιστική μελέτη αφορούσε τρία διαφορετικά ζητήματα. Το πρώτο ήταν η μελέτη της θερμικής εξέλιξης ενός υβριδικού αστέρα και η σύγκριση της εξαχθείσας καμπύλης ψύξης µε παρατηρησιακά δεδομένα. Το δεύτερο κομμάτι της υπολογιστικής μελέτης ήταν ο εντοπισμός διαφορών στην θερμική εξέλιξη δίδυμων αστέρων. Οι δίδυμοι αστέρες είναι συμπαγή, αστρικά αντικείμενα, τα οποία έχουν περίπου την ίδια μάζα αλλά µε διαφορετική ακτίνα. Το τρίτο και τελευταίο κομμάτι περιλάμβανε την διερεύνηση της πιθανής μορφής συμπαγούς ύλης που θα μπορούσε το αστρικό αντικείμενο HESS J1731-347 να είναι. Συγκεκριμένα, ελήφθησαν τρία διαφορετικά πρότυπα αστέρων (αδρονικός, quark, υβριδικός) µε μάζες και ακτίνες εντός του «παραθύρου» μάζας-ακτίνας της πρόβλεψης για το HESS J1731-347, εξήχθησαν οι καμπύλες ψύξης τους και πραγματοποιήθηκε σύγκριση µε την παρατηρηθείσα επιφανειακή θερμοκρασία του HESS J1731-347.
description: In the present thesis, the thermal evolution of various compact, stellar objects was studied. Firstly, a theoretical introduction to neutron stars was made, providing some general characteristics and information regarding the structure of the stars and the equations of state that describe them, while an extensive reference to quark and hybrid stars was also conducted. Moreover, the cooling theory of quark, hadronic and hybrid stars was analyzed, listing the cooling processes involved as well as other factors that play an important role in the thermal evolution of the star such as the specific heat capacity and the chemical composition of the envelope of the compact objects. In the third chapter of this thesis, the mathematical formalism of the computational study of the cooling processes is presented. Also, the necessary transformation of the TOV equations is analyzed, procedure which is necessary in order to make them solvable by the computational tools (in this case MATLAB). The fourth and fifth chapters present the results and conclusions respectively of the computational study. The computational study addressed three different issues. The first was to study the thermal evolution of a hybrid star and compare the extracted cooling curve with observational data. The second part of the computational study was to identify differences in the thermal evolution of twin stars. Twin stars are compact, stellar objects, which have approximately the same masses but different radii. The third and final chapter of the computational study contained the examination of the possible form of stellar matter that the compact stellar object HESS J1731-347 could possibly consist of. Three different stellar models were taken into consideration (hadronic, quark, hybrid) each one with mass and radius approximately near to the mass and radius prediction of the HESS H1731-347. The cooling curves of these three cases were extracted and compared to the observed-computed surface temperature of the HESS J1731-347.