[论文解读] On the PBF neutrino losses in superfluid cores of neutron stars

L. B. Leinson|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2016

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 3

一句话总结

本文通过纳入三重态配对中子产生的、此前被忽略的轴向异常贡献，重新评估了超流中子星中通过对成对破缺与形成（PBF）过程的中微子能量损失。研究发现，这些贡献使轴向通道的贡献降低四倍，并完全消除矢量通道，显著降低了中微子发射率，从而改变了与传统模型相比的中子星冷却速率。

ABSTRACT

Axial anomalous contributions into neutrino PBF losses due to triplet pairing of neutrons are still ignored in modeling the evolution of neutron stars. In this paper, the influence of the anomalous axial contributions onto the rate of neutron stars cooling is estimated.

研究动机与目标

• 评估轴向异常弱相互作用对超流中子星中微子发射率的影响。
• 通过在PBF过程中纳入被忽略的异常贡献，修正中子星冷却的标准模型。
• 通过考虑内核中三重态配对效应，提高热演化模拟的准确性。
• 重新评估m_j = 0的3P2配对在决定中微子能量损失率中的作用。

提出的方法

• 本研究使用NSCOOL代码模拟质量为1.4 M☉、具有铁包层的球对称中子星的热演化。
• 通过修改PBF发射率公式中的反应常数 $ a_{nt} $，以纳入轴向异常贡献。
• 中微子发射率通过公式 $ Q = \frac{2C_A^2}{15\pi^5\hbar^{10}c^6} \mathcal{N}_\nu G_F^2 p_F M_n^* (k_B T)^7 F_t(\Delta_\mathbf{n}/T) $ 计算，其中 $ F_t $ 包含各向异性的能隙 $ \Delta_\mathbf{n} = \Delta_0(T) \sqrt{1 + 3\cos^2\theta} $。
• 函数 $ F_t $ 通过积分 $ \int \frac{d\mathbf{n}}{4\pi} y^2 \int_0^\infty dx \frac{z^4}{(1 + \exp z)^2} $ 计算，其中 $ z = \sqrt{x^2 + y^2} $ 且 $ y = \Delta_\mathbf{n}/T $。
• 通过对比包含与不包含异常项的冷却轨迹，分离其对表面温度演化的影响。
• 分析使用APR方程态确定中子与质子超流性的临界温度随密度的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 轴向异常弱相互作用如何影响超流中子星中PBF过程的中微子发射率？
• RQ2 这些异常贡献对中微子能量损失速率的定量影响是什么？
• RQ3 纳入异常项后，与标准模型相比，预测的冷却轨迹如何改变？
• RQ4 这些贡献在多大程度上抑制了PBF过程中矢量与轴向通道？
• RQ5 对异常相互作用的更精确处理能否提高理论冷却模型与观测数据之间的一致性？

主要发现

• 在PBF过程中，轴向异常贡献的引入完全抑制了矢量通道的中微子发射。
• 由于异常贡献，轴向通道的贡献降低了四倍，显著降低了发射率。
• 修正后的发射率公式导致冷却速率变慢，如冷却轨迹对比所示。
• 包含异常项的上部冷却轨迹在给定年龄下表现出比传统模型更高的表面温度。
• 利用APR方程态计算了中子超流性的临界温度随密度的变化。
• 结果表明，为实现中子星热演化建模的一致性，必须对异常相互作用进行更精确的处理。