[論文レビュー] On the PBF neutrino losses in superfluid cores of neutron stars

L. B. Leinson|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2016

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、三重項対形成状態のニュートリノが超流動性を示す中性子星におけるペア形成・破壊（PBF）過程によるエネルギー損失を再評価し、これまで無視されてきた三重項対形成ニュートロンに起因する軸性異常項を含めた。その結果、これらの項により軸性チャネルが4分の1に抑制され、ベクトルチャネルは完全に消去され、ニュートリノ発光度が顕著に低下し、従来のモデルと比較して中性子星の冷却速度が著しく変化することが判明した。

ABSTRACT

Axial anomalous contributions into neutrino PBF losses due to triplet pairing of neutrons are still ignored in modeling the evolution of neutron stars. In this paper, the influence of the anomalous axial contributions onto the rate of neutron stars cooling is estimated.

研究の動機と目的

• 軸性異常弱相互作用が超流動性中性子星におけるニュートリノ発光度に与える影響を評価すること。
• PBF過程における無視されてきた異常項を含めることで、中性子星冷却の標準モデルを是正すること。
• 内核における三重項対形成効果を考慮することで、熱的進化シミュレーションの精度を向上させること。
• スピン三重項状態（m_j = 0）の3P2対形成がニュートリノエネルギー損失率に与える役割を再評価すること。

提案手法

• 本研究では、1.4 M☉の質量と鉄被膜を有する球対称の中性子星の熱的進化をシミュレートするためにNSCOOLコードを用いた。
• PBF発光度式における反応定数 $ a_{nt} $ を修正し、軸性異常項を含めた。
• ニュートリノ発光度は、式 $ Q = \frac{2C_A^2}{15\pi^5\hbar^{10}c^6} \mathcal{N}_\nu G_F^2 p_F M_n^* (k_B T)^7 F_t(\Delta_\mathbf{n}/T) $ を用いて計算した。ここで $ F_t $ は非等方的ギャップ $ \Delta_\mathbf{n} = \Delta_0(T) \sqrt{1 + 3\cos^2\theta} $ を含む。
• 関数 $ F_t $ は積分 $ \int \frac{d\mathbf{n}}{4\pi} y^2 \int_0^\infty dx \frac{z^4}{(1 + \exp z)^2} $ を用いて評価され、$ z = \sqrt{x^2 + y^2} $ および $ y = \Delta\mathbf{n}/T $ である。
• 表面温度の進化に与える影響を分離するために、異常項を含む・含まないの両方の冷却軌道を比較した。
• 臨界温度の密度依存性を求めるために、APR状態方程式を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 軸性異常弱相互作用は、超流動性中性子星におけるPBFニュートリノ発光度にどのように影響を与えるか？
• RQ2 これらの異常項がニュートリノエネルギー損失率に与える定量的影響は何か？
• RQ3 異常項を含めることで、従来モデルと比較して予測される冷却軌道はどのように変化するか？
• RQ4 これらの寄与はPBF過程におけるベクトルおよび軸性チャネルをどの程度抑制するか？
• RQ5 より正確な異常相互作用の取り扱いは、理論的冷却モデルと観測データの整合性を向上させ得るか？

主な発見

• 軸性異常項の組み込みにより、PBF過程におけるベクトルチャネルのニュートリノ放射は完全に抑制された。
• 異常項のおかげで軸性チャネルは4分の1にまで低下し、発光度が顕著に低下した。
• 修正された発光度式により、冷却軌道の比較から冷却速度が遅くなった。
• 異常項を含む上側の冷却軌道では、年齢が同じ場合、従来モデルよりも表面温度が高くなる。
• APR状態方程式を用いて、密度の関数として中性子の超流動臨界温度を計算した。
• 結果から、中性子星の熱的進化を一貫してモデル化するには、異常相互作用のより正確な取り扱いが必要であると考えられる。