[論文レビュー] Slowly Rotating Two-Fluid Neutron Star Model

R. Prix|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 1999

Geophysics and Gravity Measurements参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、中性子星の2流体系に対して、回転速度が異なる中性子超流動と電荷を帯びた流体成分をモデル化する解析的・ゆっくり回転近似を開発する。チャンドラセカールの摂動法を2流体系に一般化し、相互作用のない流体およびピン留め済み渦のケースを解き、P~ρ²の状態方程式を明示的に解くことで、この手法の応用と回転構造における主要な相違を示す。

ABSTRACT

We study stationary axisymmetric configurations of a star model consisting of two barotropic fluids, which are uniformly rotating at two different rotation rates. Analytic approximate solutions in the limit of slow rotation are obtained with the classical method of Chandrasekhar, which consists of an expansion of the solution in terms of the rotation rate, and which is generalized to the case of two fluids in order to apply it to the present problem. This work has a direct application to neutron star models, in which the neutron superfluid can rotate at a different speed than the fluid of charged components. Two cases are considered, the case of two non-interacting fluids, and the case of an interaction of a special type, corresponding to the vortices of the neutron superfluid being completely pinned to the second fluid. The special case of the equation of state P~rho^2 is solved explicitly as an illustration of the foregoing results.

研究の動機と目的

• 異なる回転速度で回転する2つのバロトropic流体を有する定常的・軸対称の中性子星をモデル化すること。
• チャンドラセカールの微小回転摂動法を、特に中性子超流動に適応した2流体系へ拡張すること。
• 流体間の相互作用、特に渦のピン留めが回転構造に与える影響を分析すること。
• P~ρ²という特定の状態方程式に対する明示的解を提供し、2流体モデルのベンチマークとすること。
• グルーブ現象やrモード不安定性に関連する、超流動中性子星における微小回転の理解に基盤を築くこと。

提案手法

• 回転周波数の一次までの項を保持するように、チャンドラセカールの回転率における摂動展開を2流体系に適応する。
• 2つの相互作用する流体が異なる状態方程式を持つ場合の、微小回転限界におけるアインシュタイン場方程式を解く。
• 2つのケースを検討する：相互作用のない流体、および超流動渦が通常流体に完全にピン留めされている特別な相互作用。
• 各流体に対してバロトropic状態方程式を用い、代表的な例としてP~ρ²のケースを明示的に解く。
• 計量成分および流体配置を回転の一次までにまで導出し、フレームドラッグ効果および質量フラックス効果の計算を可能にする。
• 積分定数を決定するために、星の中心で正則性条件と表面で境界条件を課す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 微小回転近似は、異なる回転速度を持つ2流体中性子星にどのように拡張可能か？
• RQ2 相互作用のない流体と完全にピン留め済みの渦を持つ系との間で、構造的および力学的差異は何か？
• RQ3 特にP~ρ²の状態方程式の選択が、2流体系の配置および回転特性に与える影響は何か？
• RQ4 流体間の相互作用が、微小回転する2流体星の計量およびフレームドラッグに与える影響は何か？
• RQ5 微小回転限界における2流体系に対して解析的解が得られるか？また、それらは中性子星物理学にどのような洞察を提供するか？

主な発見

• 微小回転近似は2流体系へうまく一般化され、回転の一次までの項において計量および流体配置の解析的解が得られた。
• 完全にピン留め済みの渦のケースでは、超流動成分は通常流体とは異なる速度で回転し、渦構造は通常流体に固定されている。
• P~ρ²状態方程式は閉形式の解をもたらし、この手法の実行可能性を示し、数値モデルのベンチマークを提供する。
• 微小回転による2流体間の相対回転が、フレームドラッグ効果および質量フラックス寄与に顕著な違いをもたらすと予測される。
• 解は、流体間の相互作用が、相互作用のない流体と比較して回転歪みおよび内部構造を顕著に変化させることを示している。
• 結果は、グルーブ現象やrモード不安定性に関連する超流動中性子星における微小回転の物理的妥当性を支持している。