[論文レビュー] Ferromagnetism of dense matter and magnetic properties of neutron stars

P. Haensel, S. Bonazzola|arXiv (Cornell University)|May 24, 1996

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、高密度の中性子星物質における強磁性転移の意味を調査し、強磁性コアが強い磁場を生成しうることを提案している。一般相対性理論に基づくモデルを用い、通常の液体的外層または超伝導的外層という2つの境界条件を適用した結果、観測されたパルサー磁場を説明できるのは弱く整列した強磁性ドメインに限られ、非常に整列したドメインでは超伝導的外層による磁場のシールドが必要であることが示された。

ABSTRACT

Possible consequences of ferromagnetic transition in dense matter suggested recently by Kutschera and W{ó}jcik, for the magnetic properties of neutron stars, are studied. Specific model of dense matter, in which a small admixture of protons is completely polarized due to their interaction with neutrons, is considered. Magnetic field of neutron stars with a ferromagnetic core is calculated within the framework of general relativity. Two types of boundary conditions at the ferromagnetic core edge are considered, corresponding to normal and superconducting liquid envelope, respectively. Numerical results for the neutron star magnetic dipole moment are confronted with pulsar timing. To be consistent with observations, ferromagnetic cores surrounded by a non-superconducting envelope, should consist of weakly ordered ferromagnetic domains. If domains are highly ordered, ferromagnetic core should be screened by a superconducting envelope.

研究の動機と目的

• 高密度の中性子星物質における強磁性転移が、中性子星で観測される強い磁場を説明できるかどうかを調査すること。
• パルサーのタイミングデータと整合する強磁性コアモデルの妥当性を評価すること。
• 強磁性コアが周囲の物質によってシールドされず観測可能である条件を特定すること。
• 一般相対性理論を用いて強磁性コアを有する中性子星の磁気双極子モーメントをモデル化すること。
• 強磁性モデルの予測を、パルサーからの観測的制約と比較すること。

提案手法

• 陽子が中性子-陽子相互作用によって完全にスピン極化されるような、特定の高密度物質モデルが用いられた。
• 一般相対性理論の式を解き、強磁性コアを有する中性子星における磁場構造を計算した。
• コア-外層界面に2つの境界条件を適用した：一つは通常の液体的外層、もう一つは超伝導的外層。
• これらの境界条件の下で磁気双極子モーメントの数値解を計算した。
• 観測されたパルサーのタイミングデータと比較することで、整合性を検証した。
• 強磁性ドメインの整列度（弱い対照的整列 vs. 強い整列）が、磁場シールド効果に与える影響を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高密度の中性子星物質における強磁性転移は、パルサー観測と整合する磁場を生成できるか？
• RQ2 超伝導的外層の存在は、強磁性中性子星コアの磁場にどのように影響するか？
• RQ3 磁場シールドを避け、観測された双極子モーメントと整合するには、強磁性ドメインのどの程度の整列度が必要か？
• RQ4 一般相対性理論的効果は、強磁性中性子星コア内の磁場配置にどのように影響するか？
• RQ5 パルサーのタイミング測定は、強磁性コアの存在と性質にどのような制約を課すか？

主な発見

• 通常の液体的外層を有する強磁性コアでは、観測されたパルサー磁気双極子モーメントと整合するためには、弱く整列したドメインでなければならない。
• 非常に整列した強磁性ドメインは、磁場をシールドする超伝導的外層を有する場合にのみ成立する。
• 強磁性コアを有する中性子星の磁気双極子モーメントは、コア-外層界面の境界条件に強く依存する。
• 数値解の結果、強磁性的整列が存在する際、コア領域における磁場が顕著に増幅されることが示された。
• モデルは、特に通常の外層を有する弱く整列したドメインという特定の構成のみが、観測されたパルサー磁場の範囲と一致できることを予測している。
• 本研究は、観測によって制約される特定の構造的および整列条件のもとでのみ、強磁性コアが成立可能であると結論づけた。