Elastic and breaking properties of epitaxial face-centered crystals in neutron star crusts and white dwarf cores
本研究将中子星壳层和白矮星核心外延面心晶体的弹性和断裂性质分析扩展至fc晶格,发现断裂剪切应变随偏离拉伸构型而减小并归零,并计算了有效剪切模量,对星震建模具有重要意义。
2024-03-18 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Neutron star crust in Voigt approximation: general symmetry of the stress-strain tensor and an universal estimate for the effective shear modulus
在静态库仑固体模型的框架下,将原子核视为非振动的点电荷,忽略电子屏蔽,讨论了中子星壳的弹性性质。结果也适用于固化的白矮星核心和其他材料,可以模拟为库仑固体(尘埃等离子体,捕获的离子等)。我证明了应力应变张量的库仑部分具有额外的对称性:收缩$B_{ijil}=0$。它不取决于结构(结晶或非结晶)和组成。由于这种对称性,多晶或非晶物质的有效(Voigt平均)剪切模量等于未变形状态下库仑(Madelung)能量密度的$-2/15$。这一结果在所应用的模型中具有普遍性和准确性。由于使用线性混合规则和离子球模型,我可以建议一个简单的通用估计的有效剪切模量:$\sum_Z 0.12\, n_Z Z^{5/3}e^2 /a_\mathrm{e}$。这里对离子种类进行求和,$n_Z$是具有电荷$Ze$的离子的数密度。最后,$a_\mathrm{e}=(4 πn_\mathrm{e}/3)^{-1/3}$是电子球半径。假设了拟中性条件$n_\mathrm{e}=\sum_Z Z n_Z$。
2020-10-15 astro-ph.HE astro-ph.SR cond-mat.mtrl-sci
Axisymmetric magneto-plastic evolution of neutron-star crusts
中子星壳中的磁场演化是由霍尔效应和欧姆耗散驱动的,只要壳足够强以吸收磁场施加的麦克斯韦应力,从而使动量方程变得多余。然而,对于最强的中子星场,应力会累积到地壳破裂的程度,在这一点上,标准的演化方程不再有效。在这里,我们研究的演变磁场的地壳和超越地壳故障,从那里开始的地壳塑性流动。我们执行全球轴对称的演变,探索不同类型的故障影响有限区域的地壳。我们发现,即使在低塑性粘度的情况下,塑性流动也不会简单地抑制霍尔效应,而是导致非平凡的演变-在某些情况下甚至反应过度并增强霍尔效应的影响。它的影响在环向场中更为突出,而在极向场上的差异则不那么显著。我们认为,磁星爆发的性质和它们的自旋下降演化将受到塑性流动的影响,因此,对这些现象的观测可能有助于限制地壳破裂的方式。
2021-07-01 astro-ph.HE astro-ph.SR
Breaking properties of neutron star crust
中子星壳的强度对于模拟磁星耀斑、脉冲星故障和引力波发射至关重要。我们的目标是通过分析完美的体心立方库仑晶体的单轴拉伸变形(伸长和收缩),特别注意这个过程中固有的各向异性,来阐明这个问题。我们的分析基于Baiko和Kozhberov(2017)的半分析方法,对于任何均匀变形,该方法允许在完全非线性状态下计算临界变形参数,超过该参数,晶格将失去其动态稳定性。我们确定临界应变,压力各向异性和变形能的任何拉伸方向相对于晶轴。这些数量被证明是强烈的各向异性:它们变化的因素几乎10取决于变形轴的方向。对于多晶地壳,我们认为,拉伸变形弹性可持续的最大应变为0.04。它低于Horowitz和Kadau(2009)在剪切变形的分子动力学模拟中获得的0.1的断裂应变。多晶物质的最大压力各向异性估计在0.005至0.014 $nZ^2e^2/a$的范围内,其中$n$是离子数密度,$Ze$是离子电荷,$a$是离子球半径。讨论了中子星壳中大晶粒的塑性运动和形成的可能机制,并结合磁场演化和磁星耀斑活动分析了大晶粒破裂所释放的能量。
2018-08-20 astro-ph.HE astro-ph.SR
Vortex pinning and the elastic response of neutron-star crusts - I. Axisymmetric loading
Istituto Leonardo da Vinci(列奥纳多·达·芬奇学院);Dipartimento di Scienze della Terra “Ardito Desio”, Università degli Studi di Milano(米兰大学地球科学系)
本文研究中子星地壳对涡旋钉扎载荷的轴对称弹性响应,采用真实恒星背景与剪切模量,发现应力定位由弹性-引力再分布产生,地壳预应力无法单独破坏初始松弛的地壳。
2026-09-01 astro-ph.HE astro-ph.SR
Neutron Star Crust and Molecular Dynamics Simulation
在本书的这一章中,我们回顾了实验室中、白矮星内部和中子星地壳中的等离子体晶体。我们描述了一个分子动力学的形式主义,并显示了许多中子星地壳性质,包括冻结时的相分离,扩散,断裂应变,剪切粘度和核面食的动力学响应的结果。最后,我们总结并讨论未来的开放问题和挑战。
2011-09-23 astro-ph.SR nucl-th
Spin-down of a pulsar with a yielding crust
针对长周期脉冲星PSR J0901-4046,研究指出即使外壳层屈服,中子星自转减慢仍可通过深层刚性层中的电磁力维持,且速率不变,其固态铁表面能承受制动应力。
2024-05-24 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Liquid-phase epitaxy of neutron star crusts and white dwarf cores
本文提出中子星壳层和白矮星核的结晶类似液相外延,导致形成拉伸库仑晶体而非标准立方晶体,并研究了其断裂与界面强度,对天体物理有重要影响。
2023-12-29 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.geo-ph
Strong magnetic fields: neutron stars with an extended inner crust
利用相对论平均场模型,确定了在强磁场作用下,中子星内壳中可能存在的团簇物质的形成。正如已经预测从计算的不稳定模式导致的密度波动在亚饱和密度,我们确认在目前的工作中,磁场强度的顺序为$\approx 5 \times 10^{16}$ G至$5 \times 10^{17}$ G,面食阶段可能会发生密度远高于零场壳核过渡密度。这证实了地壳的伸展可能比预期的要大。团簇化物质的平衡结构对磁场的强度非常敏感。结果,磁场的衰减可能引起内部应力,这可能导致内部地壳晶格的屈服和断裂。
2021-06-01 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Hall drift and the braking indices of young pulsars
年轻射电星的制动指数测量值都小于磁偶极制动下自旋的预期值。我们调查磁场演化的中子星地壳由于霍尔漂移作为观测到的制动指数的解释。使用数值模拟和半解析模型,我们表明,一个$\approx 10^{14}\ {\rm G}$四极环向场在出生时的中子星地壳导致增长的偶极矩的速率足够大,以符合测量的制动指数。一个关键因素是地壳屈服于在演化过程中积累的磁应力的密度,这设定了一个特征性的最小霍尔时间尺度。观测到的带有$\lesssim 10^{13}\ {\rm G}$偶极子场的双星的制动指数可以在这张图中得到解释,尽管在某些情况下需要一个显著的八极分量。对于磁场较强的脉冲星,即具有$B_d\gtrsim 10^{13}\ {\rm G}$的脉冲星,我们发现,在脉冲星达到当前年龄之前,地壳中的磁应力超过了最大剪切应力,这可能会淬灭霍尔效应。这可能对在高磁场射电脉冲星PSR~ J 1846 -0258中看到的磁星活动有影响。因此,对制动指数的观测可能是一个新的证据,证明中子星含有明显强于偶极场的次表面环形场,并可能表明霍尔效应在比以前认为的更广泛的中子星中很重要。
2014-11-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
The structure of accreted neutron star crust
利用分子动力学模拟方法,确定了由快速质子俘获核合成物质构成的中子星壳的结构。我们发现了一个规则的体心立方晶格,即使存在大量的杂质。低电荷$Z$杂质倾向于占据间隙位置,而高电荷$Z$杂质倾向于占据替代晶格位置。我们发现低$Z$杂质之间有很强的吸引力的相关性,可以显着增加致密核(密度驱动)核反应的速率。电子杂质散射显著降低了热导率。我们的研究结果将用于未来的工作,以研究杂质对力学性能,如剪切模量和断裂应变的影响。
2009-06-26 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Neutron starquakes and the dynamic crust
磁星是磁化最强的中子星,其磁场的衰变会产生壮观的伽马射线耀斑。快速变化的磁场足够强大,应该能够对恒星的地壳施加压力并使其破裂,从而可能产生有趣的地震后果。几年前,随着罕见的巨型耀斑激发的长寿命地震振动的发现,这一点得到了戏剧性的证实。与巨大耀斑相关的星震,似乎是如此的灾难性,以至于它们让整个恒星都在鸣响。这些发现开启了利用星震学研究中子星内部极端条件的可能性--地壳和地核中的致密物质状态方程,以及地核磁场。本章回顾了在巨型耀斑中看到的振荡的主要观测特性,以及磁星中全球地震振动的理论模型的最新发展。我讨论的努力扩大振荡搜索较小的磁星爆发(这是更频繁,但能量较低),地壳破裂可能在触发磁星耀斑和激发全球地震振荡的作用。
2011-11-02 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Frozen-composition effects on rotational failure of neutron-star crusts
本研究利用统一状态方程比较化学平衡与冻结组分下中子星壳层旋转破裂,发现冻结组分降低破裂频率(BSk24降21.7%)并改变破裂位置,揭示化学非平衡对破裂阈值和起始层的显著影响。
2026-09-11 astro-ph.HE astro-ph.SR
Inner crust of neutron stars: Polymorphism and superconductivity in the liquid drop model
本文基于手征有效场理论的液滴模型,计算了中子星内壳核物质相的内能,证实了晶体多态性,并发现曲率修正显著改变基态与相变密度,同时揭示了千层面相中超导机制的交叉及磁应力特征。
2025-09-12 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-th
Electromagnetic signals from bare strange stars
对于足够大的奇异夸克质量值,结晶色超导相被认为是退禁闭夸克物质的基态。这种相具有比任何已知材料都更坚硬的显著特性。因此,它可以承受大的剪切应力,支持大振幅的扭转振荡。如果奇怪的恒星有一个结晶色的超导外壳,那么扭转振荡就可能导致可观测到的电磁信号。事实上,考虑一个简单的夸克物质表面的奇异恒星模型,结果是一个正电荷位于恒星表面下一个大约10费米厚的狭窄壳层中。中和夸克的正电荷所需的电子在恒星外部溢出,形成了数百费米厚的电磁约束大气。当扭转振荡被激发时,例如由恒星的毛刺激发时,正电荷以典型的kHz频率振荡,对于大约十分之一恒星半径的地壳厚度,到数百Hz,对于大约十分之九恒星半径的地壳厚度。如果星壳只有几厘米厚,则可以达到更高的频率,大约几千兆赫。我们估计发射功率考虑发射的振荡磁偶极子,发现它可以是相当大的,$10^{45}$ erg/s的顺序薄地壳。相关的弛豫时间非常不确定,根据地壳厚度的不同,其值在微秒到分钟之间。辐射出的光子有一部分会被电子大气层吸收,但其中相当大的一部分应该是由恒星发射出来的。
2014-05-21 astro-ph.SR gr-qc hep-ph
Nonaxisymmetric Hall instability: A key to understanding magnetars
一般认为,中子星内部磁场的非线性、动力学演化在解释所观测到的现象学中起着关键作用。了解环向分量和极向分量之间或不同尺度之间的能量转移特别重要。在这封信中,我们提出了第一个三维模拟霍尔不稳定性的中子星地壳,确认其存在的典型磁星条件。我们面对我们的结果估计得到的线性扰动分析,丢弃任何解释为数值不稳定性,并确认其物理起源。有趣的是,霍尔不稳定性产生了局部的强磁结构,偶尔会使地壳屈服于磁应力,并产生日冕环,类似于太阳日冕环穿过光球层。这支持了该机制的可行性,该机制已被提议用于解释磁星爆发。
2020-01-10 astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnus mountains on spinning neutron stars
Mathematical Sciences and STAG Research Centre, University of Southampton(南安普顿大学数学科学与STAG研究中心)
该研究通过构建双组分可压缩恒星模型,发现旋转中子星上由马格努斯力产生的质量四极矩可达~10^-5,为连续引力波探测提供了新的研究方向。
2026-08-14 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Does elasticity stabilise a magnetic neutron star?
中子星内部的磁场结构大多数情况下无法通过观测得知。内部磁场几何形状的理论模型倾向于被过度简化以避免数学复杂性,并且倾向于基于轴对称正压流体系统。这些静态磁平衡配置已被证明是不稳定的,在一个很短的时间尺度上对一个无穷小的扰动。考虑到这种不稳定性,考虑更现实的中子星物理学如何影响结果是相关的。特别是,它有意义的问,如果弹性,它提供了一个额外的回复力的扰动,可以稳定系统。众所周知,中子星壳中的物质形成离子晶体。结晶核之间的相互作用可以产生抵抗任何施加的应变的剪切应力。为了考虑地壳对扰动平衡结构动力学演化的影响,我们研究了弹性对轴对称磁星不稳定性的影响。特别是我们确定的临界剪切模量,以防止磁不稳定性,并考虑相应的天体物理后果。
2020-09-28 astro-ph.HE astro-ph.SR