[论文解读] The effect of rotation in the neutrino emission from a neutron star

Maxim Dvornikov, Claudio Dib|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2009

Neutrino Physics Research被引用 3

一句话总结

本文研究了中子星自转如何影响中微子发射，重点关注味振荡与中微子束缚。研究发现，低能中微子可因自转而被束缚，高角动量中微子的MSW共振位置仅有微小偏移，且在核心形成最初几秒内，中微子发射导致的自转减慢约10%。

ABSTRACT

We study the interaction of neutrinos with matter of a rotating neutron star. First we examine the effect of the rotation on neutrino flavor oscillations and possible existence of bound states of low energy neutrinos in rotating matter. Then we consider the spin-down of a star during its early stages due to the neutrino emission. We find that low energy neutrinos indeed can get trapped, although the effect my not have observable consequences. Concerning flavor oscillations, only for neutrinos emitted with high angular momentum is there a small shift in the value of the electron density for the Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein resonance. Finally, the spin-down due to neutrino emission was estimated be to near 10 % and occurs only in the first few seconds of the core formation.

研究动机与目标

• 理解自转如何影响中子星物质中的中微子味振荡。
• 研究低能中微子在旋转中子星物质中形成束缚态的可能性。
• 估算中微子发射对新形成中子星自转减慢的影响。
• 评估自转对中微子过程的影响是否具有可观测后果。

提出的方法

• 使用有效场论和广义相对论修正，建模旋转中子星物质中的中微子传播。
• 在旋转参考系中，通过Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein（MSW）机制分析味振荡。
• 求解中微子在旋转致密介质中的狄拉克方程，以确定束缚态条件。
• 通过积分核心塌缩最初几秒内的中微子能量损失率，估算自转减慢 timescale。
• 利用恒星的自转频率和密度分布，计算角动量依赖的中微子发射效应。
• 应用微扰方法，评估自转引起的MSW共振条件的微小偏移。

实验结果

研究问题

• RQ1 低能中微子是否可在旋转中子星的引力与旋转势阱中被束缚？
• RQ2 自转如何改变MSW效应中中微子味振荡的共振条件？
• RQ3 中微子发射在核心形成最初几秒内对年轻中子星自转减慢的贡献有多大？
• RQ4 自转对中微子过程的影响是否足以在中微子信号中产生可观测的特征？

主要发现

• 由于引力与自转的共同作用，低能中微子可在旋转中子星中被束缚，尽管该效应可能不具可观测意义。
• 对于具有高角动量发射的中微子，自转会在电子密度上引起MSW共振位置的微小偏移。
• 中微子发射导致中子星自转减慢，核心形成最初几秒内总角动量损失约为初始值的10%。
• 低能中微子的束缚是旋转与引力共同形成的有效势阱的结果，尽管束缚深度有限。
• 自转引起的MSW共振偏移较小，不太可能显著改变中微子味转换概率。
• 通过中微子发射导致的自转减慢机制在中子星演化的早期阶段最为重要，尤其在核心形成最初几秒内。