Structures of the Vela pulsar and the glitch crisis from the Brueckner theory
采用新近建立的基于现代微观Brueckner-Hartree-Fock计算的中子星外壳、内壳和核的统一处理方法,对船帆座脉冲星(PSR B 0833 -45,周期为$89.33$毫秒)的详细结构进行了预测。为了计算脉冲星质量从$1.0M_{\odot}$到$2.0M_{\odot}$的范围,我们计算了中心密度、核/壳半径、核/壳质量、核/壳厚度、转动惯量和壳转动惯量。其中,地壳转动惯量可以有效地从累积的毛刺观测中得到约束,这一点最近引起了很大的争论,被称为“毛刺危机”。也就是说,包含在地壳内部的超流中子,这被认为是标准的两个组件模型中的故障的起源,可以在很大程度上夹带在核晶格中,那么可能没有足够的超流中子($\sim 4/5$小于以前的值),以触发大故障($Δν/ν_0 \sim 10^{-6}$)在船帆座脉冲星。然后,我们提供了第一次分析的危机的基础上的微观基础上,面对的毛刺观测与理论计算的地壳转动惯量。我们发现,尽管最近有一些反对危机的论点,故障危机仍然存在,这意味着除了地壳超流中子,核心中子可能是必要的解释船帆座脉冲星的大故障。
2015-11-25 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Vortex pinning and dynamics in the neutron star crust
Anderson和Itoh在1975年指出,超流涡旋与中子星外壳之间相互作用的本质是涡旋蠕动的核心,也是故障的原因,这一直是天体物理学中一个长期存在的问题。使用一种定性的新方法,我们遵循的动力学作为超流漩涡移动响应的存在下的“核”(核缺陷的地壳)。产生的运动垂直于力,类似于推动旋转的陀螺的运动。我们表明,原子核排斥在中子星地壳的涡旋,并作为一个函数的涡旋核分离的力的特征。
2016-12-01 astro-ph.HE astro-ph.SR cond-mat.supr-con
Structure and composition of inner crust of neutron stars from Gogny interactions
详细了解中子星的内壳性质对于解释不同的现象,如脉冲星故障或中子星合并中{ \it r-过程}位置的可能性可能是重要的。在文献中已经表明,像壳层修正或配对这样的量子效应可能在确定中子星内壳的组成中起着相关的作用。本文利用有限程Gogny相互作用构造了内地壳的物态方程,其中平均场和对场都是用同一相互作用计算的。我们已经使用了半经典变分Wigner-Kirkwood方法以及壳和配对修正计算Strutinsky积分方法和BCS近似,分别。我们的结果进行了比较与一些流行的模型从文献中。我们报告了一个统一的状态方程的内壳和核心计算的D1 M * Gogny力,这是专门制作的天体物理计算。
2020-09-18 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Glitches in neutron stars with magnetically decoupled core
磁解耦核模型是解决中子星长周期进动与超流涡钉扎不一致问题的一种较早的方法,而超流涡钉扎是大多数脉冲星毛刺理论的基础。假设钉扎发生在中子星核的区域,该区域被磁解耦,可以相对于地壳旋转。在目前的工作中,一些方面的毛刺自旋阶段的框架中所提出的模型进行了讨论。估计自旋的时间尺度与观测数据进行了比较。根据估计,蟹状星云脉冲星可能是一个磁去耦核区,而船帆座星云脉冲星的结果则更具争议。
2019-10-10 astro-ph.HE astro-ph.SR
Pinned vortex hopping in a neutron star crust
中子星外壳中超流涡旋的运动是大多数脉冲星故障理论的核心。涡旋与离子的钉扎可以使超流体与地壳分离,并产生一个角动量库。突然大规模取消固定可能会导致明显的故障。在本文中,我们调查的散射自由涡的钉扎电位,并计算其平均自由路径,以评估是否unpinned涡可以跳过多个钉扎网站和足够接近他们的邻居触发雪崩,或者他们是否只是从一个钉扎网站跳到另一个产生一个更渐进的蠕变。我们发现,有一个显着的参数空间范围内,雪崩可以被触发,从而支持的假设,他们可能在于脉冲星毛刺的起源。对于现实的钉扎力和超流阻力参数的值,我们发现,雪崩更有可能在较高的密度区域的地壳钉扎是强大的。恒星参数的物理差异,如质量和温度,可能导致蠕动运动和雪崩之间的转换,解释了故障恒星的不同特征。
2015-10-12 astro-ph.SR gr-qc
Using Neutron Star Observations to Determine Crust Thicknesses, Moments of Inertia, and Tidal Deformabilities
我们进行了系统的评估模型的状态方程(EOS)的致密物质的背景下,最近的中子星质量和半径的测量,以获得一个广泛的图片的中子星的结构。我们证明,目前可用的中子星质量和半径的测量提供了很强的约束惯性矩,潮汐变形,地壳厚度。PSR J 0737 - 3039 A的转动惯量测量值误差为10%,且没有来自观察结果的任何其他信息,这将把密度范围内的EOS限制在50% $-$ 60%以内。我们发现潮汐变形0.6和$6\times 10^{36}$克厘米$^{2}$的$^{2}$(95%的置信度)之间的$M=1.4~\mathrm{M}_{\odot}$,和任何测量,约束这个范围将提供一个重要的约束致密物质。地壳部分的惯性矩可以高达10%的$M=1.4~\mathrm{M}_{\odot}$允许地壳有足够大的转动惯量水库解释故障船帆座脉冲星,即使有大量的超流夹带。最后,由于状态方程的不确定性,对于一个固定的质量和半径,地壳的厚度至少有40%的变化,这意味着未来对被吸积加热的中子星地壳冷却的模拟将需要考虑这种变化。
2015-01-25 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Magnetically-driven crustquakes in neutron stars
地壳地震事件可能与中子星正常减速过程中的快速自旋“故障”和高能磁星耀斑有关。我们认为,磁场衰减在中子星的地壳中建立了应力,因为弹性剪切力抵抗了洛伦兹力重新排列全球磁场平衡的愿望。我们推导出一个标准的地壳破裂引起的磁场配置的变化,并使用此调查应变模式在中子星的地壳中的各种不同的磁场模型。我们普遍发现,当磁场具有强的环向分量时,地壳最容易破裂,在这种情况下,地壳地震的震中在赤道附近。我们计算了地壳地震中释放的能量作为断裂深度的函数,发现它与场强无关。然而,结壳破裂与破裂应变为$0.001$时的特征局部场强$2.4\times 10^{14}$ G或破裂应变为$0.1$时的特征局部场强$2.4\times 10^{15}$ G有关。我们发现,即使是最明亮的磁星巨型耀斑也可能是由地壳能量释放单独提供动力的。
2015-03-08 astro-ph.HE astro-ph.SR
The effect of realistic equations of state and general relativity on the "snowplow" model for pulsar glitches
观察到许多闪烁体出现“毛刺”,即在它们的旋转频率$ν$中显示出突然的跳跃,其中一些跳跃可以与称为巨大毛刺的闪烁体的子集中的$Δν/ν\approx 10^{-6}-10^{-5}$一样大。最近Pizzochero(2011)已经表明,基于地壳中钉扎力和恒星角动量转移的实际值的分析模型可以描述巨大毛刺的平均特性,例如毛刺间等待时间,频率阶跃和频率导数。在本文中,我们扩展的模型(最初开发的牛顿引力和多方状态方程),以现实的背景下,通过整合恒星结构的相对论方程,并使用物理激励的状态方程来描述物质的中子星。我们发现,这种更详细的治疗仍然再现了船帆座脉冲星的巨大故障的主要特征,并允许我们设置约束的状态方程。特别是,我们发现,更严格的状态方程是有利的,这是不可能的船帆座脉冲星有一个高质量(大于$M\approx 1.5 M_\odot$)。
2012-05-30 astro-ph.HE astro-ph.SR
Constraints on the symmetry energy from observational probes of the neutron star crust
许多观测到的与单个中子星系统或中子星群体相关的现象都可以在模型中找到解释,其中中子星壳起着重要的作用。我们回顾了最近的工作,检查这种模型的对称性能量$L$的斜率的敏感性,和约束提取$L$面对他们的意见。我们重点关注六组观察结果和提出的解释:(i)仙后座A中中子星的冷却速率,面对冷却模型,其中包括内地壳核团区的增强冷却,(ii)年轻X射线星观测周期的上限,面对由核团层的高电阻率引起的地壳中磁场衰减的模型,(iii)船帆座脉冲星的故障,面对的范例是,它们是由于地壳中子超流体与地壳晶格在一段时间后突然重新耦合而产生的,在这段时间内,它们由于涡旋钉扎而解耦,(iv)软伽马射线中继器的巨型耀斑的X射线光变曲线尾部的准周期振荡频率,对抗地壳扭转振荡的模型,(v)由于来自双星伴星的吸积,毫秒级恒星可以旋转的频率上限,对抗r型不稳定性在阈值频率以上产生的模型,该阈值频率部分地由壳核边界处的粘性耗散时标确定,以及(vi)观测到短伽马射线暴前几秒钟的前兆电磁耀斑,面对一个地壳破碎模型,该模型是由一颗伴中子星在合并前的潮汐引力场共振激发地壳振荡模式造成的。
2015-06-07 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Discovery of Three Glitches in the previously quiet pulsar PSR J1637$-$4642
Xiamen University(厦门大学);Qinghai University(青海大学)
研究发现此前安静的脉冲星PSR J1637−4642存在三次自转突跳,结合观测数据与贝叶斯建模支持超流体突跳范式,证实安静脉冲星也有显著突跳活动。
2026-08-21 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Thermodynamic versus Dynamical Description of the Neutron-Star Crust-Core Instability: Implications for Crustal Observables
Florida State University(佛罗里达州立大学)
通过热力学和动力学方法研究中子星壳-核转变,发现动力学方法预测更低的转变密度和压力,导致更薄的壳层和更小的转动惯量壳层份额,影响脉冲星自转突变等观测。
2026-06-08 astro-ph.SR nucl-ex nucl-th
Lagrangian perturbation theory for a superfluid immersed in an elastic neutron star crust
成熟中子星的内壳,富中子核的弹性晶格与中子超流体共存,对一系列天体物理现象产生影响。超流体的存在是我们理解脉冲星故障的关键,预计会影响热导率,从而影响表面温度的演变。在研究中子星动力学、讨论全球振荡和相关的不稳定性时,也必须考虑地壳和超流体之间的耦合。在本文中,我们发展拉格朗日微扰理论,注意到关键问题,如超流卷吸,潜在的涡钉扎,耗散相互摩擦和恒星的磁场。我们还讨论了核壳界面的性质。这些结果为一系列有趣的天体物理应用提供了理论基础。
2011-05-06 astro-ph.SR gr-qc
A highly resistive layer within the crust of X-ray pulsars limits their spin periods
自旋周期大于12秒的X射线星的缺乏提出了一个问题,即演化的高磁场中子星的数量去了哪里。与规范射电望远镜不同,X射线望远镜不受发射机制的物理限制,也不受观测偏差的影响,无法探测到周期较长的源。在这里,我们表明,在中子星的地壳的最里面的一个高电阻层自然限制自旋周期的最大值约为10-20秒。如果内地壳是无定形的,核电荷不均匀,可能是由于核面食相的存在,预计这种高电阻层。我们的研究结果表明,孤立的X射线天体的最大周期可能是无定形内地壳的第一个观测证据,未来的X射线计时任务结合更详细的模型可以进一步限制这些属性。
2013-11-12 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Gross-Pitaevskii model of pulsar glitches
第一次大规模的量子力学模拟脉冲星毛刺,使用的地壳超流系统的Gross-Pitaevskii模型中存在的钉扎。模拟得到的毛刺大小的幂律分布,符合天文观测,指数范围从-0.55到-1.26。包含$\sim 200$涡的大尺度模拟的例子表明,这些统计数据在多涡极限下仍然存在。还构造了等待时间分布。这些和其他统计数据支持了这样一个假设,即集体涡旋运动所介导的灾难性脱钉会产生故障;事实上,这种集体事件在超流体密度的延时电影中可以看到。观察到三个主要趋势。(1)毛刺率与电磁自旋下降扭矩成比例。(2)一个很强的正相关性被发现之间的强度的涡钉扎和平均毛刺大小。(3)自旋下降动力学依赖于钉扎网站丰度一旦后者超过一个网站每个漩涡,这表明unpinned涡旅行的距离相当于涡间间距repinning之前。
2011-03-31 astro-ph.SR cond-mat.quant-gas
Upper limits on the observational effects of nuclear pasta in neutron stars
奇异的核形状存在于底部的中子星内地壳-核“面食”-观测现象的影响进行了估计,通过比较的限制情况下,这些阶段有一个消失的剪切模量,他们有一个结晶固体的剪切模量。我们估计扭转地壳振动和最大四极椭圆度地壳可持续的影响。地壳成分和过渡密度计算一致的全球性,使用液滴模型与散装核物质状态方程(EoS),允许系统的变化的核对称性能量。对称能J及其在核饱和密度下的密度依赖性L是决定地壳厚度、可能出现面食的密度范围以及诸如半径和转动惯量等全局性质的主要核输入。我们显示的重要性,计算全球中子星属性在同一基础上的地壳EoS,并表明,在实验可接受的L值的范围内,面食阶段可以改变地壳频率的三个因素,超过超流性的影响,地壳模式,并减少最大四极椭圆可持续的地壳的数量级。意大利面阶段的签名和对称能量对潜在的可观测量的密度依赖性突出了使用天体物理观测来约束致密的富含中子的物质的EoS和意大利面阶段的属性的可能性。
2011-08-11 astro-ph.SR nucl-th
Higher-order symmetry energy and neutron star core-crust transition with Gogny forces
利用有限程Gogny核相互作用研究了中子星的对称能和核壳相变,并检验了由此导出的地壳厚度和地壳转动惯量。我们首先分析的第二,第四和第六阶系数的泰勒展开的能量每粒子的幂的同位旋不对称的戈尼力。这些系数提供了关于对称能偏离广泛使用的抛物线定律的信息。中子星的核壳转变是通过观察液态核的化学不稳定性来评价的。计算是用精确的(即,Gogny EoS,并对其进行了泰勒展开,以评估同位旋展开对定位中子星壳内边缘的影响。结果发现,即使在同位旋不对称的六阶条件下进行泰勒展开,从精确的EoS得到的核壳相变的性质也与泰勒展开的预言不同。使用精确的EoS,Gogny力预测转变密度的范围$0.094 \text{ fm}^{-3} \lesssim ρ_t \lesssim 0.118\text{ fm}^{-3}$和转变压力的范围$0.339 \text{ MeV fm}^{-3} \lesssim P_t \lesssim 0.665 \text{ MeV fm}^{-3}$。跃迁密度与对称能的斜率参数$L$呈线性关系。发现转变压力与$L$无关。用戈尼力得到的中子星的最大质量低于$1.74M_\odot$,转动惯量相对较小。地壳质量和转动惯量进行了评估和比较,从观测到的毛刺的约束。
2017-12-19 astro-ph.SR nucl-th
On the Relaxation Behaviors of Slow and Classical Glitches: Observational Biases and Their Opposite Recovery Trends
研究了脉冲星的定时特性和毛刺恢复过程中的数据分析方法。在某些情况下,首先拟合到达时间(TOA)以获得“时间平均”频率$ν$及其一阶导数$\dotν$,然后将模型拟合到它们。然而,我们的模拟表明,$ν$和$\dotν$这种方式获得的系统偏差,除非TOA的附近的数据点之间的时间间隔小于约$10^4$ s,这是比典型的观测间隔短得多。或者,毛刺参数可以通过用相对较小的偏差直接拟合相位来获得;但初始恢复时间尺度通常由眼睛选择,这可能会引入强偏差。我们还建立了一个脉冲星自旋下降规律的唯象模型,其中$H_0$是一个常数,$κ$和$τ$是要寻找的毛刺参数,该模型可以重现B1822- 09慢毛刺和B2334+61巨经典毛刺的观测数据,分别用$κ<0$和$κ>0$.然后,我们使用这个模型来模拟TOA数据和测试几个拟合程序的毛刺恢复。最好的程序是:1)使用非常高阶的多项式(例如,到50阶)来精确地描述相位; 2)然后从多项式获得$ν(t)$和$\dotν(t)$;以及3)从$ν(t)$或$\dotν(t)$获得毛刺参数。最后,典型毛刺的开始时间$t_0$的不确定性导致一些毛刺参数的不确定性,但是对于慢毛刺不太如此,并且其$t_0$可以从数据确定。
2013-09-10 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
Models of Pulsar Glitches
射电望远镜为我们提供了宇宙中最稳定的时钟。尽管如此,仍有几颗恒星会出现突然的自旋加速现象,即所谓的小故障。在它们首次被发现后的40多年里,这些现象的确切起源仍然存在争议。一般认为,它们是恒星内部超流体成分的观测表现,并提供了对极端密度下物质动力学的洞察。近年来,理论和观测方面都取得了一些进展,为我们了解中子星内部动力学和可能的故障机制迈出了重要一步。在这篇文章中,我们回顾了已经提出的主要故障模型,并根据当前的观察结果讨论了我们的理解。
2015-02-25 astro-ph.SR gr-qc
Constraining shear modulus of polycrystalline neutron star crust: Hashin-Shtrikman variational approach
针对中子星多晶壳层弹性模量参数未知的问题,首次在致密星天体物理中应用Hashin-Shtrikman变分方法约束剪切模量,得出其有效剪切模量低于常用Voigt估计值的结论。
2025-07-16 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Breaking stress of neutron star crust
中子星地壳的破裂应力(应力-应变曲线的最大值)对中子星物理学有重要意义,包括脉冲星故障、静止山脉的引力波发射和星震耀斑。我们进行了许多分子动力学模拟的断裂应力在不同的耦合参数(逆温度)和应变率。我们描述我们的结果与Zhurkov模型的强度。我们应用这个模型来估计断裂应力的时间尺度为1秒-1年,这是最重要的应用程序,但远长于可以直接模拟。在这些时间尺度下,断裂应力强烈地依赖于温度。当耦合参数<200时,物质在很小的应力下破碎,如果它被应用几年。这种粘弹性蠕变可以限制中子星上山脉的寿命。我们还提出了一个替代模型的时间尺度无关的断裂应力,它可以用来估计断裂应力的上限。
2010-06-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Glitch analysis and braking index determination of the unique source PSR J0537-6910
PSR J 0537 $-$ 6910是最活跃的毛刺脉冲星,毛刺率为$\sim0.3$/年$^{-1}$。我们重新分析了文献中发表的PSR J 0537 $-$ 6910的45个故障,并在涡流蠕变模型内进行了故障后时序拟合。转动惯量分数的超流区域参与毛刺获得每个事件和模型预测的故障间的时间面临着所观察到的时间尺度。突出了与经过充分研究的螃蟹和船帆座的毛刺行为的相似性和差异。根据超流再耦合时间尺度,我们估计PSR J 0537 $-$ 6910的内地壳温度为$T=0.9\times10^{8}$ K。研究发现PSR J 0537 $-$ 6910的毛刺会留下类似于蟹状星云脉冲星的持续变化。这些持续的偏移是PSR J 0537 $-$ 6910的降转率长期增加及其制动中明显的负面趋势的原因。PSR J 0537 $-$ 6910的毛刺幅度和持续变化与这是一颗正在发展新涡旋陷阱的年轻脉冲星的假设一致。我们确定了一个制动指数$n=2.7(4)$后,小故障引起的贡献旋转演变已被删除。
2021-06-07 astro-ph.HE astro-ph.SR
Evolutionary and Observational Properties of Red Giant Acoustic Glitch Signatures
本文利用 π 模式表征红巨星 He II 声学故障,揭示其振幅与声学深度的演化规律,并证明声学深度可区分红巨星演化阶段。
2023-02-22 astro-ph.SR
Nuclear Reactions in the Crusts of Accreting Neutron Stars
对静止期瞬间吸积的中子星的X射线观测提供了有关中子星壳结构和致密物质性质的信息。解释观测数据需要了解在吸积过程中加热和冷却地壳的核反应,并确定其非平衡组成。在此,我们利用一个完整的核反应网络,对一系列初始成分,详细地确定了内地壳中质量密度为2 E12 g/cm^3的深度以下的典型核反应序列。反应顺序与以前的工作有很大不同。我们发现,无论初始成分如何,在向内地壳过渡的过程中,地壳杂质都有明显的减少,尽管壳层效应会在一定程度上延迟纯地壳的形成,使其密度超过2 E12 g/cm^3。这自然地解释了从对广泛系统的观测中推断出的小的内地壳杂质。例外的是初始成分A >= 102核,其中内壳由于N = 82壳层闭合而保持不纯,杂质参数为Qimp~20。在协议与以前的工作,我们发现,核加热是相对强大的,独立的初始组成,而冷却通过核Urca循环在外壳中强烈依赖于初始组成。这项工作为今后研究地壳模型对核物理的敏感性奠定了基础,并为现实的地壳模型提供了成分剖面图。
2018-04-21 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
The amount of crustal entrainment and the type of Vela-like pulsars
Vela类卫星的“故障危机”最近引起了很大的争论。它可能会挑战标准的双组分故障模型,因为大部分超流中子被认为夹带在地壳部分的晶格中,那么就没有足够的超流中子来触发类似船帆座的恒星中的大故障。但是,能够有效地限制脉冲星分数转动惯量的卷吸量是非常不确定的。为了研究这个参数的重要性,对中子星的内部结构,我们放松“毛刺危机”的论点,采用一组最发达的状态方程内的微观多体方法,可以满足最近的2太阳质量的约束,并评估他们的预测的分数转动惯量与两个极端的地壳夹带。我们发现夹带量的最终确定可能与中子星的类型密切相关。如果有足够多的中子被携带,一颗类似船帆座的脉冲星就不可能是一颗混合星,也就是说,它的核心不会有自由夸克。此外,我们还利用Vela数据缩小了唯象相对论平均场模型中超子-介子耦合的参数空间。
2014-06-19 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 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
Superfluid vortex unpinning as a coherent noise process, and the scale invariance of pulsar glitches
尺度不变的毛刺统计观察到在个别的pupiars(指数等待时间和幂律尺寸分布)是一致的一个关键的自组织过程,其中超流涡钉在宏观域亚稳态和unpin集体通过最近的邻居雪崩。如果在地壳断层处发生钉扎,宏观不均匀性自然出现。如果,相反,钉扎发生在晶格位点和缺陷,这是宏观上均匀的,我们表明,一个替代的,非临界的自组织过程的操作,称为相干噪声,其中全球马格努斯力均匀地作用于被困在一个范围内的钉扎电位和经历热蠕变的旋涡。结果发现,涡再次unpin集体,但不是通过最近的邻居雪崩,而且,违反直觉,由此产生的毛刺大小的尺度不变,符合观测数据。由蒙特卡罗模拟支持的相干噪声过程的平均场分析理论,在最小和最大毛刺之间产生幂律大小分布,指数$a$在$-2\leq a \leq 0$范围内。当理论被拟合到九个最活跃的恒星的数据时,包括两个准周期毛刺PSR J 0537 $-$ 6910和PSR J 0835 $-$ 4510,它直接限制了恒星中钉扎电位的分布,导致两个结论:(i)电位分布广泛,平均值与标准差相当;和(ii)平均电位随特征年龄而降低。提出了一个观测测试,以区分最近邻雪崩和相干噪声。
2009-04-20 astro-ph.SR
Mesoscopic pinning forces in neutron star crusts
中子星的外壳被认为是由浸没在自由电子和中子海洋中的原子核晶格组成的。由于中子是超流体,它们的角动量由一系列量子化涡旋携带。这些涡旋可以固定在核晶格上,阻止中子超流体向下旋转,使其能够存储角动量,然后这些角动量可以灾难性地释放出来,从而引起脉冲星故障。这个模型的一个关键因素是晶格可以施加在涡旋上的最大钉扎力,因为这使我们能够估计在故障期间可以交换的角动量。本文首次详细定量地计算了由介观涡旋-晶格相互作用引起的作用于地壳中涡旋的钉扎力\emph{per unit length}。我们考虑现实的旋涡张力,允许位移的核和平均在所有可能的取向的晶体相对于旋涡。我们发现,正如预期的那样,介观钉扎力变得较弱的较长的漩涡,一般比以前的估计,根据与晶体对齐的漩涡小得多。尽管如此,我们得到的力仍然有$f_{\rm{pin}}\approx 10^{15}$ dyn/cm量级的最大值,这仍然允许在地壳中储存足够的角动量来解释大的船帆座故障,如果部分恒星在事件中解耦的话。
2015-11-07 astro-ph.SR
The Shoenberg Effect in Relativistic Degenerate Electron Gas and Observational Evidences in Magnetars
中子星内部的电子气是高度简并的相对论性气体。由于电子-电子磁相互作用,微分磁化率可以等于或大于1,从而导致中子星的磁系统变得亚稳态或不稳定。地壳下核子的费米液体可以处于亚稳态,而地壳不稳定,形成交替磁化层。作用于相邻磁畴的磁应力的变化可导致地壳的一系列位移或破裂。磁暴是地壳中磁自由能和弹性能释放的结果。同时,靠近核子费米液体的地壳深部的一系列位移或破裂,可以触发核子费米液体从亚稳态向稳态的相变。核子费米液体中释放的磁自由能对应于某些磁星中观测到的巨耀斑。
2013-07-02 astro-ph.SR
Glitch rises as a test for rapid superfluid coupling in neutron stars
脉冲星故障提供了一种独特的方式来研究中子星微观物理,因为短的故障后动力学直接联系到小尺度上的强摩擦过程。为了说明这种宏观观测值和微观物理之间的联系,我们审查的涡旋相互作用的计算集中在开尔文波激发,并确定相应的相互摩擦强度为现实的内部地壳微观参数。这些密度相关的地壳耦合配置文件相结合的核心耦合的简化处理和实施的三个组成部分的中子星模型,构建一个预测框架毛刺上升。由于密度依赖动力学的结果,我们发现超流体在不同的时间尺度上向地壳和地核的不同部分传递角动量。这可能导致自旋频率变化在时间上变得非单调,从而允许最大值远大于测量的毛刺大小,以及恢复延迟。计算出的毛刺上升的确切形状在很大程度上取决于地壳和内核之间相互摩擦的相对强度,这不仅提供了探测地壳超流的手段,也提供了探测更深的中子星内部的手段。为了证明这种方法的潜力,我们将我们的预测模型与2016年12月船帆座脉冲星故障期间记录的第一次脉冲到脉冲观测进行了比较。我们的分析表明,毛刺上升的行为是相对不敏感的地壳相互摩擦强度,只要$\mathcal{B} \gtrsim 10^{-3}$,而强烈依赖于核心的耦合强度,我们发现是在范围$3 \times 10^{-5} \lesssim \mathcal{B}_{\rm core} \lesssim 10^{-4}$。
2018-07-28 astro-ph.HE astro-ph.SR cond-mat.other
The hottest superfluid and superconductor in the Universe: Discovery and nuclear physics implications
我们介绍了最近的工作,利用中子星的天文观测,揭示了独特的见解核物质,不能从地球上的实验室。首先,我们讨论了我们对银河系中最年轻的中子星的快速冷却的测量,这为中子星的超核核心中的超流性和超导性提供了第一个直接证据。我们表明,观测到的热核X射线爆发的中子星可以用来约束性质的中子超流性和中微子发射。我们描述了快速中子星自转速率对核物理和超流体物理的影响。最后,我们表明,夹带之间的中子超流和核晶格的耦合导致一个不太流动的地壳超流,这一结果提出了问题的脉冲星故障的传统图片仅仅是由于地壳超流,并建议核心超流也参与。
2013-03-15 astro-ph.SR hep-ph nucl-th
Mechanical Properties of non-accreting Neutron Star Crusts
中子星地壳的力学性质,如断裂应变和剪切模量,对探测来自中子星的引力波以及来自软伽马射线中继站(SGR)的爆发具有重要意义。这些属性在这里计算三种不同的地壳成分的非吸积中子星,从三个不同的冷却历史的结果,以及为纯铁地壳。利用分子动力学对地壳成分进行了简单剪切模拟。断裂应变和剪切模量在四种情况下是相似的,对于初始完美BCC晶格的模拟,在密度为ρ= 10^{14} g cm^{-3}时,断裂应变约为0.1,剪切模量约为10^{30} dyne cm^{-2}。利用这些地壳性质和{PSR J2124-3358}的观测性质,发现最大变形地壳的引力波的预测应变振幅大于LIGO的观测上限。这表明,这种情况下的中子星地壳可能没有最大限度地变形,或者它可能没有完美的BCC晶格结构。还探讨了从SGRs的爆发计算的地壳属性的影响。一个完美的体心立方晶格结构的机械性能发现,地壳事件本身不能被排除触发SGR爆发的能量。
2012-08-16 astro-ph.SR
Diagnostics from solar and stellar glitches
恒星内部结构的突然变化,位于对流和辐射区域之间的界面,部分电离区域,或由于核燃烧而获得不同化学成分的层之间,通常会在恒星振荡光谱中产生特定的特征。通过对这些特征的研究,人们可以获得关于形成产生它们的区域的物理过程的信息,包括对流不稳定区域之外的扩散和化学混合,以及关于恒星氦含量的信息。在这次演讲中,我将回顾多年来为实现这一目标所做的重要理论和观测工作。我将强调在不同质量和演化阶段的恒星中观察到的声学、重力和混合模式的研究所提供的潜力,此时天基数据使我们能够建立在从太阳和白矮星的研究中获得的知识的基础上,这些努力已经进行了很长时间,将开发的方法扩展到整个HR星系的恒星。
2021-09-08 astro-ph.SR
Axial quasi-normal modes of neutron stars: Accounting for the superfluid in the crust
我们提出的第一个研究结果的全球振荡的相对论性恒星的弹性地壳和互穿超流成分。为了简单起见,我们专注于轴向准正常模式。我们的结果表明,扭转地壳模式基本上不受耦合到引力场。这是预期的,因为这些振荡是已知的弱引力波源。相反,地壳中松散耦合的超流中子成分的存在会对振荡谱产生显著影响。我们发现,超流和地壳核之间的夹带是一个关键参数的问题。我们的分析强调,需要更详细的了解耦合地壳超流体在微物理水平。我们的数值结果,即使我们没有考虑磁化的恒星,一些相关的努力进行地震学的基础上观察到的磁星耀斑的尾巴准周期振荡。特别是,我们认为,敏感的依赖夹带可能要占在试图匹配理论模型的观测数据。
2009-03-13 astro-ph.SR gr-qc