[论文解读] 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 Yunwei+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2004

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 24被引用 6

一句话总结

本文研究了处于颜色-味锁（CFL）相的旋转奇异星的热演化，表明来自包层物质落入夸克核心的禁闭解除加热显著延迟了冷却，尤其是在CFL相中，大的配对能隙抑制了中微子发射和比热容。结果是出现持续时间长、冷却缓慢的阶段，且可能出现早期温度上升，提示孤立致密星温度存在理论上限。

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.

研究动机与目标

• 研究考虑禁闭解除加热的旋转奇异星在颜色-味锁（CFL）相中的热演化。
• 评估颜色超导性，特别是CFL相中的大配对能隙，如何通过抑制中微子发射率和比热容来影响冷却过程。
• 确定禁闭解除加热是否能调和理论冷却预测与观测数据之间的差异，特别是针对年轻、炽热的致密星。
• 探索在何种条件下CFL相奇异星可能因磁场驱动的自转减速而在早期演化中出现温度上升。
• 基于禁闭解除加热与表面光子冷却之间的平衡，推导孤立致密星表面温度的理论上限。

提出的方法

• 使用包含禁闭解除加热项的改进热演化方程，模拟奇异星的热演化，该加热来自包层物质溶解进入夸克核心。
• 纳入在两味颜色超导（2SC）相和CFL相中由于大配对能隙导致的中微子发射率和比热容抑制。
• 使用夸克拉迪尔曼过程的发射率公式（公式1），并考虑当电子分数低于临界阈值时的抑制效应。
• 基于自转减速的能量释放和质量吸积率，计算包层物质落入核心的加热速率。
• 通过平衡禁闭解除加热与表面光子冷却的能量平衡，推导出平衡温度曲线。
• 通过平衡加热与冷却速率，推导出最大表面温度作为年龄函数的理论极限曲线。

实验结果

研究问题

• RQ1 来自包层物质落入夸克核心的禁闭解除加热如何影响CFL相奇异星的冷却？
• RQ2 CFL相中大的配对能隙在多大程度上抑制了中微子发射和比热容，从而改变冷却速率？
• RQ3 禁闭解除加热是否可能导致年轻奇异星的温度上升，特别是在强磁场条件下？
• RQ4 孤立致密星表面温度的理论上限是多少？它如何由禁闭解除加热与表面光子冷却之间的竞争决定？
• RQ5 在相同磁场和初始条件下，CFL相奇异星的冷却曲线与2SC相奇异星或普通奇异星相比如何？

主要发现

• 由于大配对能隙同时抑制了中微子发射率和比热容，禁闭解除加热显著延迟了奇异星的冷却，尤其是在CFL相中。
• 在CFL相中，即使在早期年龄，恒星也无法快速冷却，而是缓慢冷却；若磁场较强，在最初几十至几百年内可能出现温度上升。
• CFL相恒星的冷却曲线在Δ ≈ 10–100 MeV范围内对配对能隙大小不敏感，表明加热效应具有鲁棒性。
• 推导出孤立致密星表面温度的理论上限为T∞_lim = 6.4 × 10⁷ t⁻¹/⁴ K，代表禁闭解除加热与表面光子冷却之间的平衡状态。
• 对于强磁场（B ≈ 10⁹ G）的恒星，加热项在更长时间内占主导，导致持续的高温阶段。
• 该模型预测CFL相奇异星在某些年龄可能比其他致密星更热，尽管目前尚无观测探测，但可能成为其存在的潜在特征。