由旋转引起中微子辐射率改变对中子星热演化的影响

摘要

中子星内核由密度几倍于核饱和密度甚至更高密度范围内的致密物质构成，由于核物理缺乏对强相互作用粒子多体理论的精确描述又无法在地面实验室重现，直接研究星体内部物质是比较困难的。然而，随着近年来中子星热辐射观测数据的不断丰富，使得通过对比热演化理论和观测数据，探索星体内部致密物质的性质成为可能。
　　近期观测数据表明某些星体在旋转减慢过程中温度发生了突降，比如Case A中子星以及大质量中子星PSR J1614-2230，这种温度突降是剧烈的，甚至直接降至T≤106K。本文目的就是建立一个模型能够自洽的解释温度突降现象，为解释未来观测到的温度突降星体提供一种可能的热演化理论。
　　模型主要分为两部分，第一部分为旋转对中子星结构即中微子辐射率的影响。我们知道中微子辐射率是将核心内部各r处的粒子数密度、能量密度、压强等参量的函数从中心到外壳层R处积分得到(r≤R)，旋转减慢会使星体内部物质的构成及状态发生变化，即这些参量均会随角速度变小动态变化，我们的模型将这一影响考虑在内，对所需参量进行了微扰转动修正。第二部分为二阶r-mode制动效应加快直接Urca过程启动。二阶r-mode的制动效果要比单纯考虑磁偶极制动明显，角速度也会更快地降低至直接Urca过程启动的临界值（对应质子丰度达到11％），直接Urca过程的发生导致星体温度突然降低。
　　在这个模型下，我们对热演化曲线进行了两方面分析。第一方面，我们发现在此模型下的中子星热演化是有结构的。将二阶r-mode加热效应考虑在内，我们能够将我们选取的研究对象的热演化曲线分为7部分，其中有2部分是由于直接Urca过程启动导致的温度突降，但由于在极早期热弛豫的存在，我们几乎观察不到第一次温度突降，第二次突降的发生时间和温度演化则较好的处在观测范围内。第二方面，二阶r-mode的加热效果和旋转减慢导致直接Urca启动使中子星温度突降效果是相反的，所以二阶r-mode的结束时间（加热结束时间）与直接Urca过程启动时间的相对先后顺序及其各自产生的能量对中子星热演化曲线的影响是显著的，这种影响会随K值变化而变化。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 中子星内部结构和理论模型

1．2 中子星热演化基本理论

1．3 本文的内容安排

第二章 中子星内部物态与热演化理论

2．1 APR状态方程

2．2 中子星的热演化

2．2．1 中子星热演化方程

2．2．2 热容量

2．2．3 中微子辐射率

2．2．4 Ts—Tb关系

2．3 平衡情况下弱反应过程中的中微子辐射

2．3．1 核子直接Urca过程

2．3．2 核子修改Urca过程

第三章 由旋转引起中微子辐射率改变对中子星热演化的影响

3．1 模型第一部分：旋转对中子星结构即中微子辐射率的影响

3．2 旋转中子星内部直接Urca过程启动的临界转动

3．3 模型第二部分：二阶r-mode制动效应加快直接Urca过程启动

3．3．1 磁偶极制动

3．3．2 二阶r-Mode快速制动

3．4 在现有模型下的中子星热演化

3．4．1 二阶r-mode加热效应

3．4．2 中子星热演化结构分析

3．4．3 中子星热演化再讨论

第四章 总结与展望

参考文献

致谢