[論文レビュー] Superfluidity in Disordered Neutron Stars Crusts

J. A. Sauls, N. Chamel+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2020

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 14

ひとこと要約

本稿は、無秩序（非晶質）な中性子星 crust における中性子超流動性を調査し、結晶格子における一貫したブラッグ散乱と比較して、構造的無秩序性が超流動分率をそれほど強く抑制しないことを示している。非晶質 crust でさえ、純粋な中性子物質の約88％の超流動的慣性モーメントを維持しており、これは、中性子星のグルーブ・ギャップを説明するためにコア部の分離した超流動成分を必要としないほど十分である。

ABSTRACT

Nonequilibrium conditions imposed by neutrino cooling through the liquid-solid transition lead to disorder in the solid crust of neutron stars. Disorder reduces the superfluid fraction, $ρ_s/ρ$, at densities above that of neutron drip, $ρ_d \approx 4 imes 10^{11}\,g/cm^3$. For an amorphous solid crust the suppression of $ρ_s$ is small, except in the highest density regions of the crust. In contrast to the strong reduction in neutron conduction predicted for coherent Bragg scattering in a crystalline crust, the disordered solid crust supports sufficient neutron superfluid density to account for pulsar glitches.

研究の動機と目的

• 準不純物および構造的無秩序性が中性子星 crust における中性子超流動性に与える影響を評価すること。
• 結晶格子における強いブラッグ散乱による抑制と観測されたパルサーのギャップ振幅との間の矛盾を解消すること。
• 非晶質 crust がパルサーのギャップ現象を説明するのに十分な超流動的慣性を維持できるかどうかを特定すること。
• 非平衡的凝固条件下における crust の超流動分率を評価すること。

提案手法

• 非晶質核的 crust in 中性子超流動性をモデル化するため、金属合金および不純物を含む超伝導体の枠組みを用いる。
• 自己無撞撃的 T 行列近似を用いて、不純物効果を含むBCS理論の超流動性を適用する。
• 不純物ポテンシャル内の運動量空間における中性子グリーン関数の定式化を用いて、超流動分率を計算する。
• 縮重圧力を統合変数として用い、内核部にわたる超流動密度を統合する。
• Cao ら (2006) の中性子ギャップおよびフェルミ速度データ、および Onsi ら (2008) と Chamel (2012) の核構造データを用いる。
• 純粋な中性子物質、非晶質 crust、ブラッグ散乱が支配的な結晶格子 crust の結果を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性子星 crust の構造的無秩序性は、中性子流体の超流動分率にどのように影響するか？
• RQ2 非晶質 crust は、パルサーのギャップを説明するのに十分な超流動的慣性を維持できるか？
• RQ3 純粋な中性子物質と比較して、無秩序な crust における超流動的慣性モーメントの定量的抑制はどの程度か？
• RQ4 ブラッグ散乱が一貫して働く結晶格子と比較して、非晶質 crust における超流動分率はどのように異なるか？
• RQ5 観測されたギャップ振幅を説明するために、分離したコア部超流動体が必要か？

主な発見

• 非晶質 crust における crust 慣性モーメントの超流動分率は、純粋な中性子物質と比較して最大で12％低下し、約88％の値を示す。
• 一貫したブラッグ散乱が支配的な結晶格子における超流動分率は、純粋な中性子物質の値のわずか28.5％にまで低下する。
• 非晶質 crust モデルでは、crust-core 界面まで統合した際、超流動分率は crust 全体の慣性モーメントの78.2％にまで達する。
• 非晶質状態では、内核部の最高密度領域を除き、超流動性の抑制は最小限に抑えられる。
• 結果から、中性子星コア部に分離した超流動成分を必要とせずに、crust の超流動が観測されたギャップの特徴を説明できることを示している。
• 深部 crust における長いコherenec は、対破壊および無秩序効果に対して最も感受しやすいが、それでも非晶質相では超流動性が強く保たれる。