[論文レビュー] Rapid crust coupling and glitch rises in superfluid neutron stars

Vanessa Graber, A. Cumming+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2018

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、超流動性の中性子星におけるケルビン波を介した相互摩擦による急速なクーラスコア結合が、非単調なグルーチング上昇プロファイルを説明すると提案する。密度に依存する相互摩擦を組み込んだ3成分モデルを用いて、角運動量の移動がグルーチング発生後30秒以内に観測されたグルーチングサイズをはるかに上回るスピン周波数のピークを示すことを示した。これは、将来的な電波望遠鏡（例：アレイ・スクエア・キロメーター）が解明可能な検出可能な遅れと非単調な挙動を示す可能性を示唆する。

ABSTRACT

Pulsar glitches provide a unique way to study neutron star microphysics because short post-glitch timescales are directly linked to strong frictional processes on small scales. To illustrate the connection between macroscopic observables and microphysics, we calculate the mutual friction strength associated with Kelvin wave excitation for realistic microscopic parameters. These new density-dependent profiles are then combined with a simple three-component model to study the neutron star glitch rise. We find that the superfluid transfers angular momentum to different parts of the crust and then core during the first $30 \, $s after the onset of the glitch. This causes the spin frequency change to become non-monotonic in time, with a maximum value much larger than the measured glitch size, as well as a possible delay in recovery beyond $30 \, $s. We suggest that future telescopes, like the Square Kilometer Array, might be able to distinguish such coupling profiles and provide constraints on the complex small-scale physics.

研究の動機と目的

• 中性子星におけるマクロなグルーチング観測とミクロな超流動ダイナミクスを結びつけること。
• ケルビン波励起に起因する相互摩擦がグルーチング中に角運動量移動に与える影響をモデル化すること。
• パulsarグルーチングで観測された非単調なスピン周波数の変化とグルーチング後の遅延を説明すること。
• 次世代の電波望遠鏡（例：アレイ・スクエア・キロメーター）による結合プロファイルの検出可能性を評価すること。

提案手法

• 現実的なミクロ的パラメータを用いて、ケルビン波励起に基づく相互摩擦の強さを計算する。
• 密度に依存する相互摩擦プロファイルを3成分の中性子星モデル（クーラス、コア、超流動）に組み込む。
• グルーチング発生後最初の30秒間にわたり、角運動量移動のダイナミクスをシミュレートする。
• スピン周波数の時間発展を分析し、非単調な挙動と回復遅延を特定する。
• モデルを用いて、将来的な高精度電波望遠鏡に向けた検出可能なシグネチャーを予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ケルビン波を介した相互摩擦は、中性子星グルーチング中に角運動量移動にどのように影響するか？
• RQ2 いくつかのパルサーグルーチングで観測されたスピン周波数の非単調上昇は、何によって引き起こされるか？
• RQ3 グルーチング後の回復が30秒以上遅れる現象は、クーラスコア結合のダイナミクスによって説明可能か？
• RQ4 将来的な観測で、これらの結合プロファイルをどのように区別できるか？

主な発見

• グルーチング発生後30秒以内に、超流動体からクーラスおよびコアへ角運動量が急速に移動する。
• スピン周波数の変化は非単調な時間発展を示し、最終的な観測グルーチングサイズよりも顕著に大きな値にピークに達する。
• 強い摩擦的結合のため、回復が30秒以降に遅れる可能性がモデルで予測される。
• 予測された結合プロファイルは、将来的な電波望遠鏡（例：アレイ・スクエア・キロメーター）によって区別可能である可能性がある。