[論文レビュー] The effect of rotation in the neutrino emission from a neutron star

Maxim Dvornikov, Claudio Dib|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2009

Neutrino Physics Research被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、中性子星の回転がニュートリノ放出に与える影響を調査し、フレーバー振動とニュートリノの閉じ込めを焦点にしている。回転により低エネルギーのニュートリノが閉じ込められ、高角運動量のニュートリノではMSW共鳴点にわずかなずれが生じる。また、コア形成直後の数秒間で、ニュートリノ放出によるスピンダウンは約10%に達すると推定されている。

ABSTRACT

We study the interaction of neutrinos with matter of a rotating neutron star. First we examine the effect of the rotation on neutrino flavor oscillations and possible existence of bound states of low energy neutrinos in rotating matter. Then we consider the spin-down of a star during its early stages due to the neutrino emission. We find that low energy neutrinos indeed can get trapped, although the effect my not have observable consequences. Concerning flavor oscillations, only for neutrinos emitted with high angular momentum is there a small shift in the value of the electron density for the Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein resonance. Finally, the spin-down due to neutrino emission was estimated be to near 10 % and occurs only in the first few seconds of the core formation.

研究の動機と目的

• 中性子星物質における回転がニュートリノフレーバー振動に与える影響を理解すること。
• 低エネルギーのニュートリノが回転する中性子星物質内で束縛状態を形成できるかを調査すること。
• ニュートリノ放出が新生中性子星のスピンダウンに与える影響を推定すること。
• 回転がニュートリノ過程に与える影響が観測可能な結果をもたらすかどうかを評価すること。

提案手法

• 有効場理論と一般相対性理論補正を用いて、回転する中性子星物質内でのニュートリノ伝播をモデル化すること。
• 回転系におけるミンケイエフ＝スミルノフ＝ウォルフィンシュタイン（MSW）機構を用いたフレーバー振動の分析。
• 束縛状態の条件を特定するために、回転する高密度媒体内でのニュートリノのディラック方程式を解くこと。
• コア崩壊直後の数秒間にわたり、ニュートリノエネルギー損失率を統合することでスピンダウン timescale を推定すること。
• 星の回転周波数と密度プロファイルを用いて、角運動量に依存するニュートリノ放出効果を計算すること。
• 摂動的手法を適用して、回転によるMSW共鳴条件のわずかなずれを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低エネルギーのニュートリノは、回転する中性子星の重力的・回転的ポテンシャルに閉じ込められるか？
• RQ2 回転はMSW効果におけるニュートリノフレーバー振動の共鳴条件をどのように変更するか？
• RQ3 ニュートリノ放出は、新生中性子星のスピンダウンにどの程度寄与するか？特に最初の数秒間に。
• RQ4 ニュートリノ過程における回転効果は、ニュートリノ信号に観測可能なシグネチャをもたらすほど大きいか？

主な発見

• 低エネルギーのニュートリノは、重力と回転の両方の効果により、回転する中性子星内で閉じ込められるが、観測的意義は限定的である可能性がある。
• 高い角運動量を有するニュートリノが放出される場合、回転によりMSW共鳴が発生する電子密度にわずかなずれが生じる。
• ニュートリノ放出は中性子星のスピンダウンに寄与し、コア形成直後の数秒間で初期角運動量のおよそ10%が失われる。
• 低エネルギーのニュートリノの閉じこめは、回転と重力が作る有効ポテンシャルの井戸の結果であるが、その深さは限られている。
• 回転によるMSW共鳴のずれは小さく、ニュートリノフレーバー変換確率に顕著な影響を与えるとは考えにくい。
• ニュートリノ放出によるスピンダウン機構は、中性子星進化の初期段階、特にコア形成直後の数秒間に最も顕著である。