[論文レビュー] Deconfinement transition in rotating compact stars

E. V. Chubarian, H. Grigorian+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 5被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、軸対称系における一般相対論的摂動理論を用いて、回転する中性子星における脱コンfinメント相転移を調査している。回転減速過程がクォーク物質コアの形成を引き起こす可能性があり、その兆候として脈動星の減速指数がn=3からずれることで検出可能であると示している。また、質量降着に伴う回転減速から回転加速への転移が、このような相転移の特徴であると提案している。

ABSTRACT

Using the formalism of general relativity for axially symmetric gravitational fields and their sources - rotating compact stars - a perturbation theory with respect to angular velocity is developed and physical quantities such as mass, shape, momentum of inertia and total energy of the star are defined. The change of the internal structure of the star due to rotation has been investigated and the different contributions to the moment of inertia have been evaluated separately. Numerical solutions have been performed using a two-flavor model equation of state describing the deconfinement phase transition as constrained by the conservation of total baryon number and electric charge. During the spin down evolution of the rotating neutron star, below critical values of angular velocity a quark matter core can appear which might be detected as a characteristic signal in the pulsar timing. Within the spin-down scenario due to magnetic dipole radiation it is shown that the deviation of the braking index from $n=3$ could signal not only the occurrence but also the size of a quark core in the pulsar. A new scenario is proposed where, due to mass accretion onto the rapidly rotating compact star, a spin-down to spin-up transition might signal a deconfinement transition in its interior.

研究の動機と目的

• 一般相対論を用いて、回転するコンact星の内部構造および物理的性質をモデル化すること。
• 回転が中性子星の慣性モーメント、質量、形状、全エネルギーに与える影響を調査すること。
• 回転減速過程中にクォーク物質への脱コンフィネーション相転移が起こり得る条件を探索すること。
• 減速指数のずれや回転加速転移といった観測可能な兆候を通じて、クォークコアの存在を示唆すること。
• 質量降着に起因する回転加速が脱コンフィネーション転移を示す新たな検出シナリオを提案すること。

提案手法

• 一般相対論における軸対称重力場に対して、角速度に関する摂動理論を構築した。
• バリオン数および電気的電荷保存を満たす二フレーバークォーク物質状態方程式を用いた。
• 数値的にアインシュタイン場方程式を解き、回転下での星の構造パラメータを計算した。
• 磁気双極子放射による回転減速を追跡し、コア形成の閾値を評価した。
• 慣性モーメントの寄与を別々に追跡することで、相転移の影響を分離した。
• 質量降着によって引き起こされる回転減速から回転加速への転移シナリオを、脱コンフィネーション転移の可能性のある信号として提案した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 脈動星の減速指数がn=3からずれる場合、それがクォーク物質コアの存在と大きさを示唆する可能性があるか？
• RQ2 回転する中性子星において、脱コンフィネーション転移がエネルギー的に有利になる臨界角速度は何か？
• RQ3 回転はコンパクト星の慣性モーメントおよび全エネルギーにどのように影響を与えるか？
• RQ4 質量降着に起因する回転減速から回転加速への転移は、脱コンフィネーション相転移の検出可能な兆候として機能するか？
• RQ5 クォーク物質への遷移過程において、星の内部でどのような構造的および力学的変化が生じるか？

主な発見

• 回転減速過程における減速指数がn=3からずれる場合、それがクォーク物質コアの発生およびその大きさを示す信号となり得る。
• 臨界角速度以下では、回転する中性子星においてクォーク物質コアが形成可能であり、時系列残差を通じて検出可能である。
• 数値的解法により、慣性モーメントが脱コンフィネーション転移によって顕著に変化することが示され、ハドロン相とクォーク相の寄与が明確に分離された。
• 質量降着に起因する回転減速から回転加速への転移は、脱コンフィネーション相転移の新たな観測的兆候として提案された。
• バリオン数および電荷保存を満たす二フレーバー状態方程式は、回転効果下でもクォークコアの形成を支持する。
• モデルは、回転および相転移に起因する星の形状と全エネルギーの測定可能な変化を予測しており、一般相対論的制約と整合的である。