[论文解读] Ferromagnetism of dense matter and magnetic properties of neutron stars

P. Haensel, S. Bonazzola|arXiv (Cornell University)|May 24, 1996

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 2被引用 7

一句话总结

本文研究了致密中子星物质中铁磁相变的影响，提出铁磁核心可能产生强磁场。通过使用广义相对论模型并采用两种边界条件（正常或超导包层），发现只有弱有序铁磁畴才能解释观测到的脉冲星磁场，而高度有序的畴则需要超导包层来屏蔽磁场。

ABSTRACT

Possible consequences of ferromagnetic transition in dense matter suggested recently by Kutschera and W{ó}jcik, for the magnetic properties of neutron stars, are studied. Specific model of dense matter, in which a small admixture of protons is completely polarized due to their interaction with neutrons, is considered. Magnetic field of neutron stars with a ferromagnetic core is calculated within the framework of general relativity. Two types of boundary conditions at the ferromagnetic core edge are considered, corresponding to normal and superconducting liquid envelope, respectively. Numerical results for the neutron star magnetic dipole moment are confronted with pulsar timing. To be consistent with observations, ferromagnetic cores surrounded by a non-superconducting envelope, should consist of weakly ordered ferromagnetic domains. If domains are highly ordered, ferromagnetic core should be screened by a superconducting envelope.

研究动机与目标

• 探讨致密中子星物质中的铁磁相变是否能解释观测到的中子星强磁场。
• 评估铁磁核心模型与脉冲星计时数据的一致性。
• 确定铁磁核心在何种条件下仍可被观测或被周围物质屏蔽。
• 使用广义相对论建模具有铁磁核心的中子星的磁偶极矩。
• 将铁磁模型的预测与脉冲星的观测约束进行比较。

提出的方法

• 使用一种特定的致密物质模型，其中质子由于中子-质子相互作用而完全自旋极化。
• 求解广义相对论方程，以计算具有铁磁核心的中子星中的磁场结构。
• 在核心-包层界面应用两种边界条件：一种为正常液体包层，另一种为超导包层。
• 在这些边界条件下计算磁偶极矩的数值解。
• 将结果与观测到的脉冲星计时数据进行比较，以检验一致性。
• 分析铁磁畴有序度（弱或强）在铁磁核心中的作用，以确定磁场屏蔽效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 致密中子星物质中的铁磁相变能否产生与脉冲星观测一致的磁场？
• RQ2 超导包层的存在如何影响铁磁中子星核心的磁场？
• RQ3 需要何种程度的铁磁畴有序度才能避免磁场屏蔽并保持与观测偶极矩的一致性？
• RQ4 广义相对论效应如何影响铁磁中子星核心中的磁场构型？
• RQ5 脉冲星计时测量对铁磁核心的存在及其特性施加了何种约束？

主要发现

• 被非超导包层包围的铁磁核心必须由弱有序畴构成，才能与观测到的脉冲星磁偶极矩保持一致。
• 只有在被超导包层包围时，高度有序的铁磁畴才具有可行性，因为该包层可屏蔽磁场。
• 具有铁磁核心的中子星的磁偶极矩强烈依赖于核心-包层界面的边界条件。
• 数值解表明，当存在铁磁有序时，核心区域的磁场显著增强。
• 该模型预测，只有特定构型——尤其是弱有序畴与正常包层——能够匹配观测到的脉冲星磁场范围。
• 研究结论认为，铁磁核心仅在特定的结构和有序度条件下才可行，这些条件受到观测的约束。