[論文レビュー] Transport properties and neutrino emissivity of dense neutron-star matter with localized protons

D. A. Baiko, P. Haensel|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 1999

Quantum, superfluid, helium dynamics参考文献 4被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、高密度の中性子星物質における陽子の局在化が輸送特性およびニュートリノ放出に与える影響を調査する。変分法を用いて運動方程式を解くことで、局在化した陽子が標準的な輸送係数を抑制し、ペアブレムストラールングの過程におけるT⁻²依存性をT⁶依存性に変更することが示され、低温における中性子星の冷却に顕著な影響を与える。

ABSTRACT

As pointed out by Kutschera and W{ó}jcik, very low concentration of protons combined with a specific density dependence of effective neutron-proton interaction could lead to a localization of ``proton impurities'' in neutron medium at densities exceeding four times normal nuclear matter density. We study consequences of the localization of protons for transport processes in dense neutron star cores, assuming random distribution of proton impurities. Kinetic equations, relevant for the transport of charge, heat and momentum, are solved using variational method. Localization of protons removes a T^{-2} factor from the transport coefficients, which leads, at lower temperatures, to a strong decrease of thermal conductivity, electrical conductivity and shear viscosity of neutron star matter, as compared to the standard case, where protons form a Fermi liquid. Due to the localization of protons a number of conventional neutrino emission processes (including modified URCA process) become inoperative in neutron star cores. On the other hand, the energy loss rate from neutrino-antineutrino pair bremsstrahlung due to electron and neutron scattering off (localized) protons, will have a specific T^6 dependence, which could modify the cooling of the neutron star core, as compared to the standard case. Possible astrophysical implications of the localization of protons for neutron star evolution and dynamics are discussed.

研究の動機と目的

• 低濃度および特定の相互作用密度依存性によって引き起こされる陽子の局在化がもたらす高密度の中性子星物質の輸送特性を調査すること。
• 陽子の局在化が中性子星の核における電気的導電率、熱的導電率、せん断粘性率に与える影響を評価すること。
• 局在化がニュートリノ放射率に与える影響、特に修正URCAおよびブレムストラールング過程に関して評価すること。
• 中性子星の冷却および進化に及ぼす天体物理学的意味を探索すること。

提案手法

• ランダムに分布する局在化した陽子不純物を仮定して、電荷、熱、運動量輸送のための運動方程式を変分法で解く。
• 核密度の4倍以上の密度において、中性子と陽子の有効相互作用をモデル化し、局在化を考慮する。
• 変分的手法を用いて、局在化陽子領域における輸送係数を導出し、標準的なT⁻²温度依存性を排除する。
• 局在化した陽子に対する電子および中性子の散乱から生じるニュートリノ-反ニュートリノ対ブレムストラールングのニュートリノ放射率を計算する。
• 陽子が連続的なフェルミ面を形成する標準のフェルミ液体モデルと結果を比較する。
• 得られた放射率を用いて、中性子星核における冷却速度とその温度依存性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 陽子の局在化は、高密度の中性子星物質の電気的および熱的導電率にどのように影響するか？
• RQ2 標準的なT⁻²依存性と比較して、局在化した陽子に対する散乱からのニュートリノ放射率の温度依存性は何か？
• RQ3 どの従来のニュートリノ放出過程が陽子の局在化によって機能しなくなるか？
• RQ4 修正された放射率は、低温における中性子星の冷却進化にどのように影響するか？
• RQ5 局在化した陽子は、中性子星核の力学的および熱的進化にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 陽子の局在化により、輸送係数におけるT⁻²温度依存性が消失し、低温において電気的導電率、熱的導電率、せん断粘性率が顕著に抑制される。
• 連続的な陽子フェルミ面が存在しないため、修正URCA過程および他の標準的ニュートリノ放出メカニズムは機能しなくなる。
• 局在化した陽子に対する電子および中性子の散乱から生じるニュートリノ放射率はT⁶依存性を示し、標準的なT⁻²依存性とは対照的である。
• このT⁶依存性は、特に超流動相後の段階において、中性子星の冷却速度を顕著に変化させる可能性がある。
• 結果から、局在化した陽子が存在する場合、標準モデルの予測よりも中性子星の冷却が遅くなる可能性がある。
• 本研究は、局在化した陽子が中性子星の熱的進化および冷却曲線に観測可能なずれを引き起こす可能性を示唆している。