[論文レビュー] Rapid uniform rotation of protoneutron stars

J. O. Goussard, P. Haensel+1 more|ArXiv.org|Oct 31, 1996

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 16

ひとこと要約

この論文は、現実的な高密度物質の状態方程式を用いた一般相対性理論的モデルを用いて、原始中性子星の急速な均一な回転を調査している。最大回転周波数は、冷たい中性子星に用いられる経験的公式でよく近似され、原始中性子星に由来する熱的およびレプトン豊富な効果のため、単独の中性子星の最小回転周期は冷たい中性子星に比べて顕著に長くなることが判明した。

ABSTRACT

Rapid uniform rotation of newborn neutron stars (protoneutron stars) is studied for a range of internal temperatures and entropies per baryon predicted by the existing numerical simulations. Calculations are performed using general relativistic equations of hydrostatic equilibrium of rotating, axially symmetric stars. Stability of rotating configurations with respect to mass shedding and the axially symmetric perturbations is studied. Numerical calculations are performed for a realistic dense matter equation of state, under various assumptions concerning neutron star interior (large trapped lepton number, no trapped lepton number, isentropic, isothermal). For configurations with baryon mass well below the maximum one for the non-rotating models, the mass shedding limit depends quite sensitively on the position of the ``neutrinosphere''. The absolute upper limit on rotation frequency is, to a good approximation, obtained for the maximum baryon mass of rotating configurations. Empirical formula for the maximum rotation frequency of uniformly rotating protoneutron stars is shown to be quite precise; it actually coincides with that used for cold neutron stars. Evolutionary sequences at fixed baryon mass and angular momentum, which correspond to evolution of protoneutron stars into cold neutron stars are studied, and resulting constraints on the maximum rotation frequency of solitary pulsars are discussed.

研究の動機と目的

• 現実的な高密度物質の状態方程式の下で、均一に回転する原始中性子星の最大回転周波数を特定すること。
• 熱エネルギー、閉じ込められたレプトン数、ニュートリノ球構造が回転安定性および質量剥離限界に与える影響を評価すること。
• 原始中性子星の進化が、単独の中性子星（単独パulsar）の最大スピン周期に与える影響を評価すること。
• 高温でレプトンを豊富に含む原始中性子星においても、最大回転周波数の経験的公式が有効かどうかを検証すること。
• 長期間安定性と熱的構造が、原始中性子星の進化過程における回転速度の上限に与える影響を検討すること。

提案手法

• 軸対称で均一に回転する星の一般相対性理論的静水的平衡方程式を解く。
• 核子とレプトンを含む現実的な高密度物質の状態方程式を用い、閉じ込められたレプトン数や温度プロファイルにさまざまな仮定を置く。
• 変形したサブロイド的ニュートリノ球の位置を近似的に特定する手法を適用し、質量剥離限界に影響を与える。
• 既存の原始中性子星のシミュレーションに整合する、バリオン質量、温度、エントロピーの範囲で数値計算を実施する。
• 質量剥離および軸対称的摂動に対する安定性を評価し、回転限界を特定する。
• 固定されたバリオン質量および角運動量の下で進化経路を追跡し、原始中性子星が冷たい中性子星に冷却される過程をモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 均一に回転する原始中性子星の最大回転周波数は、温度、エントロピー、閉じ込められたレプトン含有量にどのように依存するか？
• RQ2 ニュートリノ球の形状および位置が、急速に回転する原始中性子星における質量剥離限界にどの程度影響を及えるか？
• RQ3 冷たい中性子星に事前に検証済みの最大回転周波数の経験的公式が、高温で高密度の原始中性子星に対しても成立するか？
• RQ4 原始中性子星の進化が、単独の中性子星の最小スピン周期にどのような制約を課えるか？
• RQ5 長期間安定性および熱的構造は、原始中性子星における回転周波数の上限にどのように影響を及えるか？

主な発見

• 原始中性子星の最大回転周波数は、冷たい中性子星に用いられる経験的公式で、非常に高い精度で近似可能である。
• 質量剥離限界は、低バリオン質量ではニュートリノ球の位置に敏感に依存するが、質量が増加するにつれてその依存性は弱まる。
• 回転周波数の絶対的上限は、回転する構成における最大バリオン質量で達成される。
• 非回転モデルの最大バリオン質量未満の原始中性子星では、最小回転周期が冷たい中性子星に比べ顕著に長くなる。
• 長期間安定性を組み込むと、最大回転周波数はさらに低下し、単独パulsarが冷たい中性子星ほど速く回転できないという結論を強化する。
• 熱的構造およびニュートリノ球位置の近似に頼るが、結果はその影響に対して頑健であるため、主な結論はこれらの簡略化に敏感でないことが示唆される。