[論文レビュー] Energy bursts from deconfinement in high-mass twin stars

David Alvarez-Castillo, M. Bejger+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2015

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 4被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、高質量の中性子星がハイブリッド星ツインへの脱コンfinメント相転移を経て動的崩壊を起こす際、最大で約10^51 ergのエネルギーが放出されることを提案している。これは、最もエネルギーの高い天体的爆発と同等のエネルギーである。エネルギー源は、初期のハドロン状態と最終のハイブリッド状態の間の質量エネルギー差に由来し、FRB121002に観測された二重ピーク光曲線を持つ高速電波パulses（FRB）の発生機構を説明するものである。

ABSTRACT

We estimate the energy reservoir available in the deconfinement phase transition induced collapse of a neutron star to its hybrid star mass twin on the "third family" branch, using a recent equation of state of dense matter. The available energy corresponding to the mass-energy difference between configurations is comparable with energies of the most violent astrophysical burst processes. An observational outcome of such a dynamical transition might be fast radio bursts, specifically a recent example of a FRB with a double-peak structure in its light curve.

研究の動機と目的

• 高質量の中性子星が脱コンフィネーション相転移によってハイブリッド星ツインへと動的崩壊する過程で利用可能なエネルギー貯蔵量を推定すること。
• このようなエネルギー放出が、FRB121002で観測された二重ピーク光曲線構造を説明できるかどうかを調査すること。
• 高質量の中性子星ツインを含む「第三のコンパクト星族」が、極端な天体的現象を説明する上で果たす役割を評価すること。
• クォーク物質を含む剛性の高い状態方程式（EoS）が、中性子星の安定性およびエネルギー出力に与える影響を調査すること。
• 理論的相転移ダイナミクスと、高速電波パulsesやガンマ線バーストなどの観測可能な一時的現象との関連を明らかにすること。

提案手法

• Benićら（2015）の最近の状態方程式（EoS）モデルを用い、除外体積補正と多クォーク相互作用を含むNJL型クォーク物質EoSを組み込む。
• 崩壊中にバリオン質量が保存されることを仮定し、初期のハドロン状態と最終のハイブリッド星状態の間の質量エネルギー差を計算する。
• 強い一次相転移に起因する径方向不安定性を示す、ハドロン分岐上での∂M/∂λ_c < 0 となる不安定点を特定する。
• エネルギー貯蔵量をΔE = ΔMc²として計算し、ここでΔMは一定のバリオン質量下での初期状態と最終状態の質量差である。
• M(R)およびM(M_B)図を用いて、相転移に伴う半径および質量の変化を特定する。
• 動的崩壊時間スケール（約1 ms）と、短時間持続の爆発に与える影響を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 脱コンフィネーション相転移が高質量の中性子星で起こる際、どの程度のエネルギー貯蔵量が放出されるか？
• RQ2 このような相転移によるエネルギー放出が、FRB121002で観測された二重ピーク構造を説明できるか？
• RQ3 第三のコンパクト星族の導入が、中性子星の安定性および質量半径関係に与える影響は何か？
• RQ4 NJLクォーク物質EoSにおけるベクトル結合パラメータη₄が、相転移のエネルギー出力に果たす役割は何か？
• RQ5 このエネルギー放出は、ガンマ線バーストや高速電波パulsesといった既知の天体的爆発現象と比較してどの程度の規模か？

主な発見

• 高質量の中性子星が脱コンフィネーションによってハイブリッド星ツインへと崩壊する際のエネルギー貯蔵量は、約10^51 ergに達し、最もエネルギーの高い天体的爆発プロセスと同等の規模である。
• 考察範囲内のベクトル結合パラメータη₄の範囲において、初期のハドロン状態と最終のハイブリッド状態の間の半径差ΔRは1 kmから1.5 kmの範囲にわたる。
• 初期状態と最終状態の間の質量差ΔM（エネルギー貯蔵量に対応）は、η₄の値にかかわらず一貫しており、η₄ = 0.0、5.0、10.0の結果は定性的および定量的に類似している。
• この相転移は、強い一次相転移に起因し、ハドロン分岐上の最大質量点で中性子星を不安定化させる。
• このシナリオは、二重ピーク光曲線を持つ高速電波パulsesの発生に妥当なメカニズムを提供する。最初のピークは、メタ安定のツインへのコアクェイク的転移に起因し、二番目のピークは最終的なブラックホールへの崩壊に起因する。
• 結果から、このような相転移が超新星爆発にも寄与し、検出可能なニュートリノ信号を生成する可能性があると示唆される。