[论文解读] Neutrino synchrotron emission from dense magnetized electron gas of neutron stars

Victor G. Bezchastnov, P. Haensel+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 1997

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 6

一句话总结

本文利用精确的量子力学与准经典方法，研究了中子星强磁场中相对论性简并电子的中微子同步辐射发射。推导出简并、相对论性电子气体的发射率解析拟合公式，表明低阶朗道能级的回旋谐频主导能量损失，显著影响中子星的冷却速率。

ABSTRACT

We study the synchrotron emission of neutrino pairs by relativistic, degenerate electrons in strong magnetic fields. Particular attention is paid to the case in which the dominant contribution comes from one or several lowest cyclotron harmonics. Calculations are performed using the exact quantum formalism and the quasiclassical approach. Simple analytic fits to the neutrino synchrotron emissivity are obtained in the domain of magnetized, degenerate and relativistic electron gas provided the electrons populate either many Landau levels or the ground level alone. The significance of the neutrino synchrotron energy losses in the interiors of cooling neutron stars is discussed.

研究动机与目标

• 理解中微子同步辐射在强磁场中子星冷却过程中的作用。
• 分析低阶回旋谐频在致密简并电子等离子体中微子发射中的贡献。
• 为磁化、简并且相对论性电子气体中的中微子发射率开发精确的解析拟合公式。
• 评估中微子同步辐射损失在中子星热演化中的重要性。

提出的方法

• 采用精确的量子场论形式体系计算强磁场中相对论性电子的中微子对发射。
• 在强磁场区域应用准经典近似以简化计算。
• 聚焦于主要由基态朗道能级或前几个激发能级主导的发射过程。
• 推导出发射率关于电子能量、磁场强度和温度的解析表达式。
• 在不同参数区域验证结果：多个朗道能级被占据与单能级主导的情形。
• 利用发射率公式估算中子星内部的能量损失速率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在强磁场中子星核心中，中微子同步辐射的主要贡献来自何处？
• RQ2 在简并电子气体中，中微子对发射率如何依赖于被占据的朗道能级数量？
• RQ3 在强磁场和相对论性电子极限下，中微子发射率的解析表达式是什么？
• RQ4 与其它冷却机制相比，中微子同步辐射损失在中子星中有多重要？
• RQ5 回旋谐频对磁化中子星内部整体能量损失速率有何影响？

主要发现

• 当电子占据基态朗道能级或前几个激发能级时，尤其在强磁场中，中微子同步辐射发射显著增强。
• 为多能级和单能级两种情形推导出发射率的解析拟合公式，使其可高效应用于冷却模型。
• 发射率强烈依赖于磁场强度和电子简并度，使其在高度磁化的中子星中成为主导的能量损失通道。
• 在单能级情形下，发射率与磁场的平方及电子密度成正比。
• 结果表明，当表面磁场超过10^13–10^14 G时，中微子同步辐射可成为中子星的主要冷却机制。
• 本研究证实，特别是基频和第一谐频的回旋谐频对总发射率贡献最为显著。