[論文レビュー] Damping of GRR instability by direct URCA reactions

J. L. Zdunik|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 1995

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、直接URCA過程が中性子星における重力波駆動不安定性（GRR不安定性）を、体積粘性の増大によって抑制する仕組みを調査している。最近の体積粘性計算に基づく解析的手法を用いて、直接URCA反応がGRR不安定性が発生可能なパラメータ空間、特に高温領域において顕著に縮小することを示しており、中性子星の温度および回転周波数の広い範囲で不安定性が効果的に減衰することを示している。

ABSTRACT

The role of direct URCA reactions in damping of the gravitational radiation driven instability is discussed. The temperature at which bulk viscosity suppresses completely this instability is calculated. The results are obtained analytically using recent calculations performed in the case of bulk viscosity due to the modified URCA processes (Lindblom 1995; Yoshida & Eriguchi 1995). The bulk viscosity caused by direct URCA reactions is found to reduce significantly the region of temperatures and rotation frequencies where a neutron star is subject to GRR instability.

研究の動機と目的

• 直接URCA過程が中性子星における重力波駆動不安定性（GRR不安定性）をどのように抑制するかを理解すること。
• 直接URCA反応による体積粘性がGRR不安定性を完全に抑制する臨界温度を特定すること。
• 従来の修正URCA体積粘性に関する結果を直接URCA過程のケースに拡張すること。
• 直接URCA効果によって、GRR不安定性が活性化する温度および回転周波数の領域がどの程度縮小されるかを定量すること。
• 中性子星の核において、直接URCAがGRR不安定性に与える減衰効果についての解析的推定を提供すること。

提案手法

• 中性子星物質における直接URCA過程からの体積粘性寄与の解析的導出。
• 最近の修正URCA体積粘性に関する結果（Lindblom 1995; Yoshida & Eriguchi 1995）を直接URCAケースに適応すること。
• 状態方程式および粒子反応率を用いて、高密度の中性子星物質における粘性増大をモデル化すること。
• GRR不安定性の増大 timescale と体積粘性による減衰 timescale の比較。
• 直接URCA体積粘性が不安定性を完全に抑制する臨界温度の計算。
• 中性子星核の条件に適した平衡状態および弱い相互作用率の仮定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性子星における直接URCA反応による体積粘性が、重力波駆動不安定性を完全に抑制する臨界温度は何か？
• RQ2 直接URCA過程を組み込むことで、温度-回転周波数平面における不安定領域はどのように変化するか？
• RQ3 直接URCAと修正URCAの間で、GRR不安定性の減衰効果は相対的にどの程度効果的か？
• RQ4 不安定性抑制の臨界温度は、状態方程式および粒子組成にどのように依存するか？
• RQ5 どの範囲の中性子星パラメータにおいて、直接URCAによる減衰によってGRR不安定性が無視可能になるか？

主な発見

• 直接URCA過程は中性子星核における体積粘性を顕著に増大させ、重力波駆動不安定性（GRR不安定性）の強い減衰を引き起こす。
• 直接URCA反応による体積粘性がGRR不安定性を完全に抑制する臨界温度は、直接URCAが存在しない場合に比べて顕著に高いことが判明した。
• 直接URCA反応が活性化していると、GRR不安定性が増幅可能な中性子星パラメータ（温度および回転周波数）の領域が著しく縮小される。
• 解析的結果は、直接URCA反応が現実的な中性子星状態の広い範囲で不安定性を効果的に抑制できることを示唆している。
• 本研究の結果から、直接URCA過程を支える核を持つ中性子星は、持続的なGRR駆動重力波放射を示さない可能性が低いと示唆される。
• 本研究は、特に高温領域において、直接URCA反応が中性子星のGRR不安定性に対する安定化に重要な役割を果たしていることを確認した。