[논문 리뷰] The effect of rotation in the neutrino emission from a neutron star

Maxim Dvornikov, Claudio Dib|arXiv (Cornell University)|2009. 07. 09.

Neutrino Physics Research인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 중성자별의 회전이 중성미자 방출에 미치는 영향을 조사하며, 주로 플레어 진동과 중성미자 포획을 중심으로 다룬다. 연구 결과, 저에너지 중성미자는 회전으로 인해 포획될 수 있으며, 고각운동량 중성미자에 대해서는 MSW 공진 조건에 미미한 변화가 발생한다. 핵형성 이래 첫 몇 초 동안 중성미자 방출로 인한 스핀다운은 약 10% 수준으로 추정된다.

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.

연구 동기 및 목표

• 중성자별 물질 내에서 회전이 중성미자 플레어 진동에 미치는 영향을 이해하는 것.
• 저에너지 중성미자가 도는 중성자별 물질 내에서 구속 상태가 존재할 수 있는지 조사하는 것.
• 중성미자 방출이 새로 형성된 중성자별의 스핀다운에 미치는 영향을 추정하는 것.
• 중성미자 과정에 대한 회전 효과가 관측 가능한 결과를 초래하는지 평가하는 것.

제안 방법

• 효과적 장 이론과 일반 상대론 보정을 사용하여 도는 중성자별 물질 내 중성미자 전파를 모델링하는 것.
• 도는 참조계에서 미크헤예프-스미르노프-월파인슈타인(MSWM) 메커니즘을 통한 플레어 진동 분석.
• 구속 상태 조건을 규명하기 위해 밀리터리 방정식을 도는 밀도 높은 매질 내 중성미자에 대해 해석하는 것.
• 핵붕괴 초기 몇 초 동안 중성미자 에너지 손실률을 통합하여 스핀다운 timescale를 추정하는 것.
• 은하의 회전 주파수와 밀도 프로파일을 사용하여 각운동량에 따라 달라지는 중성미자 방출 효과를 계산하는 것.
• 소규모 MSW 공진 조건 변화를 평가하기 위해 펌프팅 방법을 적용하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저에너지 중성미자는 도는 중성자별의 중력 및 회전 포텐셜 내에서 포획될 수 있는가?
• RQ2 MSW 효과에서 중성미자 플레어 진동의 공진 조건은 어떻게 도는 것에 의해 수정되는가?
• RQ3 중성자별이 새로 형성된 이후 첫 몇 초 동안 중성미자 방출은 스핀다운에 어떤 기여를 하는가?
• RQ4 중성미자 과정에 대한 회전 효과가 중성미자 신호에서 관측 가능한 서명을 만들어내기에 충분한가?

주요 결과

• 저에너지 중성미자는 중력과 회전의 조합 효과로 인해 도는 중성자별 내에서 포획될 수 있으나, 관측적으로는 의미 있는 영향을 미치지 않을 수 있다.
• 고각운동량으로 방출되는 중성미자에 대해서는 MSW 공진 조건에서 전자 밀도의 미미한 변화가 발생한다.
• 중성미자 방출은 중성자별의 스핀다운에 기여하며, 핵형성 이후 첫 몇 초 동안 초기 각운동량의 약 10%가 손실된다.
• 저에너지 중성미자 포획은 회전과 중력에 의해 생성된 효과적 포텐셜 우물의 결과이지만, 포획 깊이는 제한되어 있다.
• 회전으로 인한 MSW 공진 조건의 변화는 미미하며, 중성미자 플레어 변환 확률에 크게 영향을 주지 않을 것이다.
• 중성미자 방출을 통한 스핀다운 메커니즘은 중성자별 진화의 초기 단계, 특히 핵형성 이후 첫 몇 초 동안 가장 중요하다.