[论文解读] What flashes of pulsars can teach us about their interior

Mark Alford, Kai Schwenzer|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2013

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 3

一句话总结

本文表明，通过分析依赖于内部微观性质的引力波辐射和阻尼的不稳定r模振荡，精确的脉冲星计时数据可以约束中子星的内部组成。研究发现，无能隙相互作用夸克物质与观测到的射电和X射线数据一致，而普通核物质则需要额外的增强阻尼机制。

ABSTRACT

The cores of compact stars reach the highest densities in nature and therefore could consist of novel phases of matter. We demonstrate via a detailed analysis of pulsar evolution that precise pulsar timing data can constrain the star's composition, through unstable global oscillations (r-modes) whose damping is determined by microscopic properties of the interior. If not efficiently damped, these modes emit gravitational waves that quickly spin down a millisecond pulsar. As a first application of this general method, we find that ungapped interacting quark matter is consistent with both the observed radio and x-ray data, whereas for ordinary nuclear matter some additional enhanced damping mechanism is required.

研究动机与目标

• 通过r模振荡研究脉冲星计时数据是否能够揭示致密星体的内部组成。
• 确定不稳定r模的引力波辐射如何影响毫秒脉冲星的自转减慢速率。
• 评估观测到的脉冲星数据是否与夸克物质一致，或是否需要在核物质中引入额外的阻尼机制。
• 建立一种将微观内部性质与通过r模阻尼实现的宏观脉冲星演化相联系的方法。

提出的方法

• 分析包含r模驱动引力波辐射和阻尼的脉冲星演化模型。
• 利用精确计时数据约束毫秒脉冲星的自转减慢速率。
• 评估r模阻尼对脉冲星自转演化的影响。
• 将r模演化的理论预测与观测到的射电和X射线数据进行比较。
• 评估微观性质（如夸克物质配对和相互作用）对阻尼效率的影响。
• 应用观测到的脉冲星周期和自转减慢速率对内部组成进行推断。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用脉冲星中的r模振荡推断其内部组成？
• RQ2 r模阻尼如何影响毫秒脉冲星的自转减慢？
• RQ3 无能隙相互作用夸克物质是否与观测到的脉冲星射电和X射线数据一致？
• RQ4 普通核物质是否需要增强的阻尼机制才能与观测结果匹配？
• RQ5 脉冲星计时数据对致密物质状态方程施加了何种约束？

主要发现

• 无能隙相互作用夸克物质与毫秒脉冲星观测到的射电和X射线数据一致。
• 对于普通核物质，观测到的自转减慢速率表明需要存在一种额外的、增强的阻尼机制，超出标准过程。
• 除非高效阻尼，否则r模引力波辐射将使毫秒脉冲星自转减慢过快。
• r模的阻尼由内部微观性质决定，使其成为探测致密物质相态的探针。
• 因此，精确的脉冲星计时数据可以约束中子星核心的状态方程和组成。
• 该方法为通过观测手段检验致密星体中奇异物质相提供了新颖的途径。