中子星内部中微子辐射的相对论修正.PDF

第卷第期 天 文 学 报 年月 中子星内部中微子辐射的相对论修正 12 1 2 1 戚湛强 丁文波 张承民 侯佳为 渤海大学数理学院锦州 中国科学院国家天文台北京 摘要 通过相对论平均场理论和相关的弱相互作用冷却理论 在有、无超子两种情况下 的中子星物质中研究含相对论效应的中子星冷却性质 并且与非相对论情况进行对比分 析 考虑到极微小尺度上的引力会偏离牛顿引力 引入引力修正效应 结果表明中微子辐 射的相对论效应降低了中微子发射率、发光度以及星体的冷却速度 在考虑引力修正的 无超子的中子星物质中 相对论效应所引起的星体冷却速度降幅最大 对于两倍太阳质量 的传统物质中子星可达 而超子物质中降幅最小 约为 关键词 恒星 中子 恒星 相对论效应 恒星 引力修正 恒星 超子 中图分类号 文献标识码 引言 − 中子星的质量约为1–2倍太阳质量 , 半径为10–20 km, 这样高度致密的物质环境 为研究致密物质的性质、中微子辐射、致密天体演化等提供了一个理想的天然载体. 近 几十年来, 因为探测中子星温度的技术得以发展, 所以中子星结构、冷却性质等方面的 研究已经成为天体物理和核物理领域的研究热点. 中子星从诞生之初10 K 的极高温度下降到较低的10 K主要是通过辐射中微子实 现的, 而冷却效率最高的中微子辐射机制当属核子的直接Urca过程(以下简称dUrca过 − 程), 其次是超子、反K介子、夸克等的直接Urca过程 . 在中子星内部的中微子 辐射过程中, 中微子发射率是一个较为关键的物理量, 它给出单位时间单位体积内 中微子辐射所带走的能量. 目前学者们使用较多的中微子发射率公式主要有两个: Lattimer等 于1991年推导的不包含相对论效应的公式, Leinson等 于2001年提出的考 虑相对论效应的公式. 显然, 后者所得的结果更为可信, 因为通常情况下, dUrca过程发 生的临界密度在2 附近( 为饱和核密度), 在这样高的密度下, 参与dUrca过程的粒子 的运动速度很高, 需要考虑相对论效应. 然而以前关于中微子辐射的讨论多数都采用不 含相对论效应的公式, 若重新计算则工作量较大. 因此, 定量地给出不同中子星物质组成 收到原稿 收到修改稿 ∗ 国家自然科学基金项目 、国家重点基础研究发展计 划项目资助 † 卷 天 文 学 报 期 下不同质量中子星的冷却性质在考虑相对论效应下的修正值将有助于前人科研成果的 推广和精确应用, 具有一定的现实意义. 近期的观测数据显示中子星的质量比人们预想的略大. 比如, 毫秒脉冲星PSR J1614-2230的质量被精确测定为(1.970.04)