[論文レビュー] Impact of internal heating on the thermal evolution of neutron stars

Christoph Schaab, Armen Sedrakian+2 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Apr 10, 1999

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 2被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、特に渦巻きクリープと陽子渦運動が中性子星の熱的進化に与える影響を調査し、中年期および高齢のパルサーにおいて表面温度が顕著に上昇することを示している。現代の微視的入力を持つ1次元および2次元の冷却シミュレーションを用いて、研究ではミリ秒パルサーではピン留め渦の熱的クリープとコアの化学的加熱が支配的であることが判明したが、観測された温度上限により強いピン留めモデルは除外され、強化冷却シナリオとの整合性が向上した。

ABSTRACT

The impact of various competing heating processes on the thermal evolution of neutron stars is investigated. We show that internal heating leads to significantly enhanced surface temperatures for pulsars of middle and old age. The heating due to thermal creep of pinned vortices and due to outward motion of proton vortices in the interior of the star leads to a better agreement with the observed data in the case of enhanced cooling. The strong pinning models are ruled out by a comparison with the cooling data on the old pulsars. For millisecond pulsars, the heating due to thermal creep of pinned vortices and chemical heating of the core have the largest impact on the surface temperatures. The angular dependence of the heating rates require two dimensional cooling simulations in general. Such a simulation is performed for a selected case in order to check the applicability of one-dimensional codes used in the past.

研究の動機と目的

• 競合する内部加熱プロセスの相対的影響が中性子星の熱的進化に与える影響を評価すること。
• 加熱率に角度依存性がある場合に、1次元冷却シミュレーションが依然として有効であるかどうかを検証すること。
• 特に中年期およびミリ秒パルサーに関して、理論的冷却モデルと観測データを比較すること。
• ピン留めエネルギーおよび超流動ギャップなどの微視的パラメータを、観測された表面温度から制約すること。
• さまざまな加熱メカニズム—渦巻きクリープ、クライストラック、化学反応—が表面温度の進化に与える有効性を評価すること。

提案手法

• 冷却と加熱プロセスを組み込んだ完全な相対論的で進化型冷却コードを用いた。
• 大多数のケースでは1次元シミュレーションを実施し、1次元近似の妥当性を検証するため2次元シミュレーションも実施した。
• ピン留め渦のクリープ、陽子渦運動、クライストラック、コア内反応からの加熱率を組み込んだ。
• 相対論的および非相対論的状態方程式を、超高密度物質に適用した。
• 加熱効果を分離するために、磁気モーメントと慣性モーメントを一定と仮定した。
• 新開発の数値コードを用いて2次元シミュレーションを実施し、1次元アプローチの妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる内部加熱プロセスは、中性子星の表面温度の進化にどのように影響を与えるか？
• RQ2 加熱率に角度依存性がある場合、1次元冷却シミュレーションがどれほど無効化されるか？
• RQ3 どの加熱メカニズム—渦巻きクリープ、コアの化学的加熱、クライストラック—が高齢およびミリ秒パルサーの熱的進化に最も顕著に影響を与えるか？
• RQ4 観測された表面温度上限により、強い渦巻きピン留めのような特定の微視的モデルが除外可能か？
• RQ5 内部加熱を組み込むことで、強化冷却シナリオとの一致がどの程度向上するか？

主な発見

• 内部加熱、特にピン留め渦の熱的クリープと陽子渦運動により、中年期および高齢パルサーの表面温度が顕著に上昇する。
• 回転パラメータ K ≈ 10⁻¹⁵ s のパルサーでは、渦関連加熱が強化冷却シナリオにおける観測データとの一致を改善する。
• PSR 0950+08 の観測上昇温度上限により、強いピン留めモデルは除外され、弱いピン留めモデルは依然として整合的である。
• ミリ秒パルサー (K ≈ 10⁻²² s) では、ピン留め渦の熱的クリープとコアの化学的加熱が表面温度上昇を支配する。
• 2次元シミュレーションにより、角度依存性を適切に平均化すれば、1次元冷却コードが観測との比較に依然として有効であることが確認された。
• クライストラック加熱は、加熱率の定式化の違いにより、以前の研究とは対照的に無視できる程度の効果にとどまる。