[論文レビュー] Dense QCD and phenomenology of compact stars

Armen Sedrakian|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2013

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、質量が2 M☉以上の巨大中性子星における高密度クォーク物質の状態方程式（EoS）を調査し、色超電導相とその星の構造・進化に与える影響に焦点を当てる。stiffなクォーク物質EoSに2SCおよびCFL相を含む場合、1.97 M☉のパulsar測定値と整合しつつ2 M☉の星を支持できることを示し、2SCコア内に長寿命な色磁気フラクチュエーションチューブが存在し、アハロノフ＝ボーム効果に起因する抵抗力によって10¹⁰年間にわたって磁場を保持できることを特定した。

ABSTRACT

I discuss three topics in physics of massive (two solar-mass and larger) neutron stars containing deconfined quark matter: (i) the equation of state of deconfined dense quark matter and its color superconducting phases, (ii) the thermal evolution of stars with quark cores, (iii) color-magnetic flux tubes in type-II superconducting quark matter and their dynamics driven by Aharonov-Bohm interactions with unpaired fermions.

研究の動機と目的

• stiffな状態方程式（EoS）が、1.97 M☉のパルサー測定値と整合する2 M☉以上の質量を持つ中性子星を支持できるかどうかを特定すること。
• クォークコアを有する質量の大きな中性子星の熱的進化を調査し、冷却行動とニュートリノ発光度に焦点を当てる。
• タイプII色超電導クォーク物質における色磁気フラクチュエーションチューブの力学的挙動と、磁場保持における役割を分析すること。
• アハロノフ＝ボーム散乱が2SCコア内でのフラクチュエーションチューブの抵抗力および排出 timescale に与える影響を評価すること。
• クォークコア（2SC/CFL）が高質量星の構成と観測的制約と併存可能な条件を特定すること。

提案手法

• 低密度のハドロン物質には相対論的平均場モデルを、高密度のクォーク物質にはt’ Hooft相互作用とベクトル結合（GV）を含む拡張型Nambu-Jona-Lasinio（NJL）ラグランジアンを用いる。
• 異なる遷移密度（ρtr）とベクトル結合強度（GV/GS）におけるクォーク物質のEoSを計算し、2SCおよびCFL相を含む。
• アハロノフ＝ボーム散乱形式を用いてフェルミオンのフラクチュエーションチューブ上での散乱率を計算し、緩和時間 τ⁻¹ ∝ nᵥ sin²(πβ̃)/pF を導出する。
• 2SCコア内でのフラクチュエーションチューブに作用する力のバランスをモデル化し、外向きの境界力、AB散乱による抵抗、マグヌス＝ローレンツ力の寄与を含む。
• 力の平衡状態を用いてフラクチュエーションチューブの排出 timescale を推定し、約10¹⁰年であると判明した。
• Ref. [12] の1.91 M☉モデルを用い、表面温度の進化をフィットし、遷移温度T*を制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 stiffな状態方程式を持つ高密度クォーク物質が、1.97 M☉のパルサー測定値と整合しつつ2 M☉以上の質量を持つ中性子星を支持できるか？
• RQ2 2SCおよびCFLなどの色超電導相が、質量の大きなコンパクト星の熱的進化と冷却行動にどのように影響を与えるか？
• RQ3 現実の天体的条件下で、クォーク物質の2SC相における色磁気フラクチュエーションチューブの寿命と安定性は何か？
• RQ4 軽いフェルミオンとフラクチュエーションチューブ間のアハロノフ＝ボーム相互作用が、磁場フラクチュエーションチューブの抵抗力および排出 timescale にどのように影響を与えるか？
• RQ5 遷移密度とベクトル結合の条件は、どのようなものであれば、クォークコアと高質量星構成が共存可能な安定したハイブリッド星を形成できるか？

主な発見

• 2SCおよびCFL相を含むstiffなクォーク物質EoSは、1.97 M☉のパルサー質量測定値と整合しつつ、2 M☉までの質量を持つ中性子星を支持できる。
• ハイブリッド星の最大質量はベクトル結合強度GVに比例し、ρtr = 3.4ρ₀でGV/GS = 0.6のとき2.0 M☉に達する。
• 2SC相における色磁気フラクチュエーションチューブは、アハロノフ＝ボーム散乱による抵抗力のおかげで、進化時間スケールで安定化され、排出 timescale は約10¹⁰年と推定される。
• 2SC相における電子および青クォーク（up）はフラクチュエーションチューブとAB散乱を経験し、抵抗に寄与するが、青クォーク（down）は影響を受けない（β̃ = 0）。
• フラクチュエーションチューブの排出 timescale が長いため、2SCコア内の磁場は宇宙的時間スケールにわたって閉じ込められる可能性が高い。
• 熱的進化モデルでは、遷移温度T* ≈ 0.1 MeVが、カシオペアAの中性子星の観測された冷却行動（急激な温度低下を含む）を再現できる。