[論文レビュー] Neutrino synchrotron emission from dense magnetized electron gas of neutron stars

Victor G. Bezchastnov, P. Haensel+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 1997

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、中性子星内の強い磁場下で相対論的・縮重状態の電子から生じるニュートリノシンクロトロン放射を、正確な量子および準古典的手法を用いて調査している。縮重で相対論的である電子ガスにおける放射率の解析的フィットを導出し、低次のサイクロトロン高調波がエネルギー損失を支配しており、中性子星の冷却速度に顕著な影響を与えることを示している。

ABSTRACT

We study the synchrotron emission of neutrino pairs by relativistic, degenerate electrons in strong magnetic fields. Particular attention is paid to the case in which the dominant contribution comes from one or several lowest cyclotron harmonics. Calculations are performed using the exact quantum formalism and the quasiclassical approach. Simple analytic fits to the neutrino synchrotron emissivity are obtained in the domain of magnetized, degenerate and relativistic electron gas provided the electrons populate either many Landau levels or the ground level alone. The significance of the neutrino synchrotron energy losses in the interiors of cooling neutron stars is discussed.

研究の動機と目的

• 強い磁場を有する中性子星の冷却におけるニュートリノシンクロトロン放射の役割を理解すること。
• 高密度・縮重電子プラズマにおける低次のサイクロトロン高調波がニュートリノ放射に与える寄与を分析すること。
• 磁化・縮重・相対論的電子ガスにおけるニュートリノ放射率の正確な解析的フィットを開発すること。
• 中性子星の熱的進化において、ニュートリノシンクロトロン損失が他の冷却機構と比較してどの程度顕著であるかを評価すること。

提案手法

• 強い磁場下での相対論的電子からのニュートリノ対放射を計算するために、正確な量子場理論形式を用いる。
• 強い磁場領域における計算を簡略化するために準古典的近似を適用する。
• 基底ランダウ準位または最初の数個の励起準位が支配的な放射過程に集中する領域に焦点を当てる。
• 電子エネルギー、磁場強度、温度を関数とする放射率の解析的式を導出する。
• 多数のランダウ準位が占有されている状態と単一準位が支配的である状態の両方の領域で結果を検証する。
• 放射率の式を用いて、中性子星内部におけるエネルギー損失率を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い磁場を有する中性子星の核において、ニュートリノシンクロトロン放射の主な寄与は何か？
• RQ2 縮重電子ガスにおけるニュートリノ対放射率は、占有されたランダウ準位の数にどのように依存するか？
• RQ3 強い磁場および相対論的電子の極限において、ニュートリノ放射率の解析的式は何か？
• RQ4 中性子星において、ニュートリノシンクロトロン損失は他の冷却機構と比較してどの程度顕著か？
• RQ5 磁化された中性子星内部において、サイクロトロン高調波は全体のエネルギー損失率にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 電子が基底ランダウ準位または最初の数個の励起準位に存在する場合、特に強い磁場下ではニュートリノシンクロトロン放射が著しく増幅される。
• 多数準位と単一準位の両領域に対して放射率の解析的フィットが得られ、冷却モデルへの効率的応用が可能になった。
• 放射率は磁場強度と電子の縮重度に強く依存しており、高磁化中性子星では支配的エネルギー損失機構となる。
• 単一準位の場合、放射率は磁場の二乗と電子密度に比例する。
• 結果から、表面磁場が10^13–10^14 Gを超える中性子星では、ニュートリノシンクロトロン放射が主要な冷却機構となり得ることが示唆された。
• 本研究は、特に基本高調波と最初の高調波が総放射率に最も顕著な寄与をしていることを確認した。