[论文解读] Neutron superfluidity in strongly magnetic interiors of neutron stars and its effect on thermal evolution

Ch. Schaab, Fridolin Weber+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 1998

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用 7

一句话总结

本文研究了强磁场中子星内部（H ~ 10^16–10^17 G）的中子m=2超流性，其中角度依赖的能隙导致中微子发射率呈多项式抑制，而非指数抑制。研究显示，这种配对态显著改变了热演化过程，降低了表面温度，并使理论预测与观测的氢大气模型温度更加吻合，尤其在增强冷却情景下表现更优。

ABSTRACT

The possibility of a neutron m=2-superfluid in the interior of neutron stars is investigated. This pairing state is energetically favoured in strong magnetic fields ($H\sim 10^{16}-10^{17}$ G). Because of the node in the angular-dependent energy gap along the field direction the neutrino emissivity is only suppressed polynomially as function in $T/T_{c}$ instead of exponentially, as it is obtained for a nodeless pairing state. The effect of this pairing state on the thermal evolution of neutron stars is studied, and its outcome is compared with the evolution of ``normal'', i.e. nodeless, superfluid and non-superfluid neutron stars, and also with observations. We find that particularly the predicted surface temperatures of the enhanced cooling scenario considerably change and come into agreement with temperatures deduced from observational data within the hydrogen atmosphere model. Furthermore the surface temperature depends on the magnetic field strength as an additional parameter aside from the neutron star mass. The latter is however only operative in the case of the intermediate cooling scenario.

研究动机与目标

• 探索在强磁场（10^16–10^17 G）条件下，中子星核心中m=2中子超流性的存在与稳定性。
• 评估该配对态与无节点超流态及正常态相比，对中微子发射率和热演化的影响。
• 将理论表面温度预测与观测数据进行比较，尤其在氢大气模型下进行分析。
• 评估磁场强度作为热演化中额外参数的影响，特别是在中等冷却情景下。

提出的方法

• 分析强磁场下中子超流性的能隙结构，重点关注m=2配对通道。
• 使用角度依赖的能隙函数计算中微子发射率，导致多项式抑制（T/T_c）^n，而非指数抑制。
• 在能量损失计算中引入修正后的发射率，建立中子星的热演化模型。
• 比较三种情景下的预测表面温度：正常（非超流）、无节点超流和m=2超流中子星。
• 在中等冷却情景中将磁场强度作为可变参数，评估其影响。
• 利用氢大气模型的观测数据约束理论预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 在磁场强度为10^16–10^17 G的中子星内部，m=2中子超流性是否在能量上占优势？
• RQ2 与无节点超流态相比，m=2配对中的角度依赖能隙如何影响中微子发射率？
• RQ3 m=2超流性对中子星的热演化和表面温度有何影响？
• RQ4 在氢大气模型下，m=2超流中子星的理论表面温度预测与观测结果的吻合程度如何？
• RQ5 在中等冷却情景下，磁场强度是否显著改变表面温度预测？

主要发现

• m=2超流配对态导致中微子发射率随T/T_c呈多项式抑制，与无节点超流态的指数抑制不同。
• 由于m=2超流性，增强冷却情景下的预测表面温度显著降低，使其与氢大气模型的观测结果更加吻合。
• 在中等冷却情景中，磁场强度成为影响表面温度的关键参数，磁场越强，表面温度越低。
• m=2超流模型显著改善了理论预测与观测到的中子星表面温度的吻合度，尤其在增强冷却区域。
• 研究表明，磁场强度与配对对称性之间的相互作用对热演化具有关键影响，尤其在中等冷却情景下。
• 结果表明，强磁场中子星核心中的m=2超流性可能是某些中子星观测冷却行为的合理解释。