[論文レビュー] Cooling of strange stars in the color-flavor locked phase with a rotating crust Cooling of strange stars in the color-flavor locked phase with a rotating crust

Yun-Wei Yu, Zheng Xiaoping Yu Yunwei+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2004

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 24被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、色・フレーバー鎖交（CFL）状態にある回転する素因数星の熱的進化を調査し、皮膚部物質がクォークコアに落下する際の脱コンfinement加熱が、特にCFL状態において大規模な対称化ギャップがニュートリノ放出を抑制し、比熱を小さくするため、冷却を著しく遅らせることが示された。その結果、長期間にわたるゆっくりとした冷却段階が生じ、初期に温度上昇が起こる可能性があり、孤立したコンパクト星の温度に対する理論的上限が示唆される。

ABSTRACT

The presence of the color-flavor locked (CFL) phase strongly suppresses the neutrino emission processes and the quark specific heat. As a result the cooling of the strange stars in the CFL phase is dominated by deconfinement heating and surface emission. The temperature of these stars with strong magnetic field ($B{\geq}10^{10}G$) rise significantly during the first several ten or hundred years, which may be an effective signature of strange stars as implicated by pulsar 0540-69. Furthermore a limit line is predicted, which means compact stars have an upper limit temperature at any moment. We still may search for the candidates for strange stars in the CFL phase along the limit line. The presence of the color-flavor locked (CFL) phase strongly suppresses the neutrino emission processes and the quark specific heat. As a result the cooling of the strange stars in the CFL phase is dominated by deconfinement heating and surface emission. The temperature of these stars with strong magnetic field ($B{\geq}10^{10}G$) rise significantly during the first several ten or hundred years, which may be an effective signature of strange stars as implicated by pulsar 0540-69. Furthermore a limit line is predicted, which means compact stars have an upper limit temperature at any moment. We still may search for the candidates for strange stars in the CFL phase along the limit line.

研究の動機と目的

• 脱コンフィネーション加熱を考慮した、色・フレーバー鎖交（CFL）状態にある回転する素因数星の熱的進化を研究すること。
• 特にCFL状態における大規模な対称化ギャップが、ニュートリノ放出断面積と比熱を抑制することで冷却に与える影響を評価すること。
• 理論的冷却予測と観測データの整合性を図るため、脱コンフィネーション加熱が若い高温のコンパクト星の冷却挙動に与える影響を検討すること。
• 磁場駆動による回転減速が、CFL状態の素因数星の初期進化段階で温度上昇を引き起こす条件を探索すること。
• 脱コンフィネーション加熱と表面光子冷却のバランスに基づき、孤立したコンパクト星の表面温度に対する理論的上限を導出すること。

提案手法

• 皮膚部物質がクォークコアに溶解する際の脱コンフィネーション加熱を含む修正された熱的進化方程式を用いて、素因数星の熱的進化をモデル化する。
• 2フラバー色超伝導（2SC）およびCFL状態における大規模な対称化ギャップによるニュートリノ放出断面積と比熱の抑制を組み込む。
• クォーク直接Urca過程の放出断面積式（式1）を用い、電子割合が臨界閾値未満に低下した場合の抑制を考慮する。
• 回転減速に伴うエネルギー放出と質量降着率に基づき、コアへの皮膚部物質落下に起因する加熱率を計算する。
• 脱コンフィネーション加熱と表面光子冷却のエネルギー収支を解き、平衡温度曲線を導出する。
• 加熱と冷却の速度のバランスに基づき、年齢関数としての最大表面温度の理論的限界線を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 皮膚部物質がクォークコアに落下する脱コンフィネーション加熱が、CFL状態にある素因数星の冷却にどのように影響するか？
• RQ2 CFL状態における大規模な対称化ギャップが、ニュートリノ放出と比熱をどの程度抑制し、冷却速度にどのように影響するか？
• RQ3 強い磁場下において、脱コンフィネーション加熱が若い素因数星の温度上昇を引き起こす可能性はどの程度か？
• RQ4 孤立したコンパクト星の表面温度に対する理論的上限は何か？ それは脱コンフィネーション加熱と表面光子冷却の競合によってどのように決定されるか？
• RQ5 同じ磁場および初期条件下で、CFL状態の素因数星の冷却曲線は、2SC状態の星や通常の素因数星と比べてどのように異なるか？

主な発見

• 脱コンフィネーション加熱により、特にCFL状態において、ニュートリノ放出断面積と比熱の両方の抑制が相まって、素因数星の冷却が著しく遅れる。
• CFL状態では、初期段階ですら急速に冷却することはできず、むしろゆっくりと冷却され、磁場が強い場合には最初の数十年から数世紀の間に温度上昇が起こる可能性がある。
• CFL状態の星の冷却曲線は、Δ ≈ 10–100 MeVの範囲で対称化ギャップの大きさにほとんど依存せず、加熱効果の強靭性が示された。
• 孤立したコンパクト星の表面温度に対する理論的上限として、T∞_lim = 6.4 × 10⁷ t⁻¹/⁴ K が、脱コンフィネーション加熱と表面光子冷却の平衡に基づき導出された。
• 磁場が強い星（B ≈ 10⁹ G）では、加熱項が冷却を上回る期間が長く続き、持続的な高温状態が続く。
• モデルは、CFL状態の素因数星が特定の年齢で他のコンパクト星よりも高温になる可能性を予測しており、現在の観測では検出されていないものの、その存在の兆候を提供する可能性がある。