[논문 리뷰] Cooling of strange stars in the color-flavor locked phase with a rotating crust Cooling of strange stars in the color-flavor locked phase with a rotating crust

Yun-Wei Yu, Zheng Xiaoping Yu Yunwei외 1명|arXiv (Cornell University)|2004. 11. 01.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 24인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 색-풍미 고금속(CFL) 상태에 있는 회전하는 이상한 별의 열진화를 조사하며, 껍질 물질이 쿼크 핵에 떨어질 때 발생하는 탈구속 가열(deconfinement heating)이 특히 큰 쌍형성 갭이 중성미수 emmissivity와 비열을 억제하는 CFL 상태에서 냉각을 크게 지연시킨다는 것을 보여준다. 그 결과, 가능한 조기 온도 상승을 동반한 장기적이고 느린 냉각 단계가 발생하며, 이는 고립된 밀집 별의 온도에 대한 이론적 상한선을 제안한다.

ABSTRACT

The presence of the color-flavor locked (CFL) phase strongly suppresses the neutrino emission processes and the quark specific heat. As a result the cooling of the strange stars in the CFL phase is dominated by deconfinement heating and surface emission. The temperature of these stars with strong magnetic field ($B{\geq}10^{10}G$) rise significantly during the first several ten or hundred years, which may be an effective signature of strange stars as implicated by pulsar 0540-69. Furthermore a limit line is predicted, which means compact stars have an upper limit temperature at any moment. We still may search for the candidates for strange stars in the CFL phase along the limit line. The presence of the color-flavor locked (CFL) phase strongly suppresses the neutrino emission processes and the quark specific heat. As a result the cooling of the strange stars in the CFL phase is dominated by deconfinement heating and surface emission. The temperature of these stars with strong magnetic field ($B{\geq}10^{10}G$) rise significantly during the first several ten or hundred years, which may be an effective signature of strange stars as implicated by pulsar 0540-69. Furthermore a limit line is predicted, which means compact stars have an upper limit temperature at any moment. We still may search for the candidates for strange stars in the CFL phase along the limit line.

연구 동기 및 목표

• 탈구속 가열을 고려한 색-풍미 고금속(CFL) 상태에서의 회전하는 이상한 별의 열진화를 연구하기 위해.
• 특히 CFL 상태에서 큰 쌍형성 갭이 중성미수 방출과 비열을 억제함으로써 냉각에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 이론적 냉각 예측과 관측 데이터를 조율하기 위해 탈구속 가열이 젊고 뜨거운 밀집 별에 대해 어떻게 기여하는지 판단하기 위해.
• 자기장에 의해 회전 감속이 일어나는 조건에서, CFL 상태의 이상한 별이 초기 진화 중에 온도 상승을 보일 수 있는 조건을 탐색하기 위해.
• 탈구속 가열과 표면 광자 냉각 간의 균형에 기반하여 고립된 밀집 별의 표면 온도에 대한 이론적 상한선을 유도하기 위해.

제안 방법

• 껍질 물질이 쿼크 핵에 녹을 때 발생하는 탈구속 가열을 포함한 수정된 열진화 방정식을 사용하여 이상한 별의 열진화를 모델링하기 위해.
• 2-풍미 색 초전도체(2SC) 및 CFL 상태에서 큰 쌍형성 갭으로 인한 중성미수 방출과 비열 억제를 통합하기 위해.
• 쿼크 직접 우르카 과정의 방출율 공식(Eq. 1)을 사용하고, 전자 분율이 임계 임계값 이하로 떨어질 때의 억제를 고려하기 위해.
• 자기장 감속 에너지 방출과 질량 축적률에 기반하여 껍질 물질이 핵에 떨어질 때의 가열률을 계산하기 위해.
• 탈구속 가열과 표면 광자 냉각 간의 에너지 균형을 해결하여 평형 온도 곡선을 유도하기 위해.
• 가열과 냉각 속도의 균형을 통해 연령에 대한 표면 온도 최대값을 나타내는 이론적 한계선을 유도하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 껍질 물질이 쿼크 핵에 떨어질 때 발생하는 탈구속 가열이 CFL 상태의 이상한 별 냉각에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 CFL 상태에서 큰 쌍형성 갭이 중성미수 방출과 비열을 얼마나 억제하여 냉각 속도에 영향을 미치는가?
• RQ3 강한 자기장 조건에서 탈구속 가열이 젊은 이상한 별의 온도 상승을 유도할 수 있는가?
• RQ4 고립된 밀집 별의 표면 온도에 대한 이론적 상한선은 무엇이며, 탈구속 가열과 표면 광자 냉각 간의 경쟁에 의해 어떻게 결정되는가?
• RQ5 동일한 자기장과 초기 조건에서, CFL 상태의 이상한 별 냉각 곡선은 2SC 상태의 별이나 일반적인 이상한 별과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 탈구속 가열은 큰 쌍형성 갭으로 인해 중성미수 방출과 비열이 동시에 억제되는 CFL 상태에서 이상한 별의 냉각을 크게 지연시킨다.
• CFL 상태에서는 초기 연령에도 불구하고 냉각 속도가 느리며, 강한 자기장 조건에서 첫 수십 년 내로 온도 상승이 발생할 가능성이 있다.
• Δ ≈ 10–100 MeV 범위에서 쌍형성 갭 크기에 따라 CFL 상태의 냉각 곡선이 거의 영향을 받지 않아, 가열 효과의 강건성을 보여준다.
• 고립된 밀집 별의 표면 온도에 대한 이론적 상한선은 T∞_lim = 6.4 × 10⁷ t⁻¹/⁴ K로 유도되었으며, 이는 탈구속 가열과 표면 광자 냉각 간의 평형을 나타낸다.
• 강한 자기장(B ≈ 10⁹ G) 조건에서는 가열 항이 더 오랫동안 냉각을 압도하여 지속적인 고온 단계를 유도한다.
• 모델은 CFL 상태의 이상한 별이 특정 연령에서 다른 밀집 별보다 더 뜨거워질 수 있으며, 현재 관측되지 않더라도 존재의 징후로 기능할 수 있음을 예측한다.