[論文レビュー] Radial pulsations and stability of protoneutron stars

D. Gondek, P. Haensel+1 more|ArXiv.org|May 20, 1997

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 4被引用数 40

ひとこと要約

この論文は、熱く密度の高い物質の現実的な状態方程式を用いて、熱的およびレプトン捕獲条件の変化のもとでの原始中性子星の径方向振動と安定性を調査している。原始中性子星は、熱的および捕獲レプトン効果のため、冷たい中性子星よりも径方向振動に対して著しく柔らかく、標準的な最大質量基準はこれらの熱的効果が存在しても信頼できる安定性の指標のまま保たれるが、等温核では最小質量基準が失敗することが判明した。

ABSTRACT

Radial pulsations of newborn neutron stars (protoneutron stars) are studied for a range of internal temperatures and entropies per baryon predicted by the existing numerical simulations. Protoneutron star models are constructed using a realistic equation of state of hot dense matter, and under various assumptions concerning stellar interior (large trapped lepton number, zero trapped lepton number, isentropic, isothermal). Under prevailing conditions, linear oscillations of a protoneutron star can be treated as adiabatic, and evolutionary effects can be neglected on dynamic timescale. The dynamic behavior is governed by the adiabatic index, which in turn depends on the physical state of the stellar interior. The eigenfrequencies of the lowest radial modes of linear, adiabatic pulsations are calculated. Stability of protoneutron stars with respect to small radial perturbations is studied, and the validity of the static stability criteria is discussed.

研究の動機と目的

• 熱く密度の高い物質の現実的な状態方程式のもとで、原始中性子星の径方向振動を研究すること。
• 熱的および捕獲レプトン効果を考慮した原始中性子星に対して、静的安定性基準（最大質量および最小質量）の妥当性を評価すること。
• 等エントロピーおよび等温の熱的構造と捕獲レプトン数が、径方向モードの固有周波数および安定性に与える影響を調査すること。
• 動的および熱的過程の timescale 分離を考慮して、原始中性子星の初期進化段階における動的挙動を評価すること。
• 高温および高レプトン含有量を示す原始中性子星に対しても、冷たい中性子星の標準的安定性基準が適用可能かどうかを特定すること。

提案手法

• Lattimer & Swesty (1991) が提示した熱く密度の高い物質の現実的な状態方程式を用いて、バリオンあたりのエントロピーおよび捕獲レプトン分率を変化させた原始中性子星モデルの構築。
• 2つの極限的熱的状態の仮定：等エントロピー（s = 定数）および等温（T∞ = 定数）の熱い内部を想定し、異なる進化段階を表す。
• 密度の高い物質のニュートリノ透過率特性に基づく簡略化されたニュートリノ球位置の規定。
• 進化の影響が動的時効に無視できるものと仮定し、相対論的振動方程式を用いて線形で断熱的な径方向振動の固有周波数を計算。
• 標準的な安定性基準（最大質量および最小質量）を適用し、径方向摂動に対する長期間的安定性を評価。
• 異なるコアモデル（等エントロピー対等温）および星の質量における振動スペクトルおよび安定性境界の比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 熱的効果および捕獲レプトン数は、冷たい中性子星と比較して、原始中性子星の径方向振動の固有周波数にどのように影響を与えるか？
• RQ2 熱くニュートリノが捕獲された内部を持つ原始中性子星において、標準的な最大質量基準が長期間的不安定性を予測するためにどの程度有効であるか？
• RQ3 等エントロピー対等温の熱いコアを持つ原始中性子星に対して、最小質量基準の安定性は依然として有効か？
• RQ4 構造的差異（熱的圧力による拡張されたエンベロープなど）は、原始中性子星の径方向モードスペクトルおよび安定性にどのように影響を与えるか？
• RQ5 バリオンあたりのエントロピーおよび温度の変化が、原始中性子星の安定性および振動挙動に与える影響は何か？

主な発見

• 熱的圧力および捕獲レプトン効果のため、原始中性子星は冷たい中性子星よりも著しく柔らかい径方向振動スペクトルを示す。特に低質量および高モードで顕著である。
• 熱的およびレプトン捕獲効果が存在しても、等エントロピーおよび等温の原始中性子星モデルの両方において、最大質量基準は長期間的不安定性を予測する信頼できる指標のまま保たれる。
• 等エントロピー原始中性子星（例：s = 2, Yl = 0.4）に対しては最小質量基準が正確に適用され、断熱的振動におけるエントロピー保存のため、最小質量は 0.675 M☉ となる。
• 等温原始中性子星に対しては最小質量基準が失敗し、より高い最小質量 0.86 M☉（Tb = 15 MeV）を示す。これは熱的緩和時間スケールが安定性予測に影響を与えることを示している。
• 固有周波数スペクトルには、「避けられたクロスイング」点を境に表面局在モードからコア局在モードへの遷移が観察され、外側および内側領域間のモード結合を示している。
• 熱的構造およびニュートリノ球位置の取り扱いに簡略化が存在しても、安定性および振動挙動に関する主な結論は頑健であり、より洗練されたモデル化によって顕著に変化しないだろう。