科研人員研究中子星冷卻取得重要進(jìn)展
中子星冷卻是天體物理和核物理共同關(guān)注的重要研究領(lǐng)域。隨著天文觀測(cè)數(shù)據(jù)大量的積累和精度的提高，人們期望通過(guò)觀測(cè)來(lái)提取中子星結(jié)構(gòu)以及高密度核物質(zhì)的一些基本信息。特別是，天文觀測(cè)上Cas A超新星遺跡中子星的快速冷卻的發(fā)現(xiàn)，不僅激發(fā)了人們對(duì)中子星冷卻本身的極大興趣，同時(shí)也推動(dòng)了人們對(duì)核物質(zhì)超流性和中微子發(fā)射等重要問(wèn)題的研究。該研究正是基于以上背景開(kāi)展的。以往人們?cè)谘芯恐凶有抢鋮s時(shí)，把中子星結(jié)構(gòu)視為凍結(jié)的，即中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如密度分布，壓強(qiáng)分布等均不隨時(shí)間演化，進(jìn)而基于零溫物態(tài)方程和TOV方程構(gòu)建中子星內(nèi)部結(jié)構(gòu)并用于星體熱演化的研究。然而，中子星物態(tài)方程是溫度相關(guān)的，中子星冷卻導(dǎo)致溫度降低，因而物態(tài)方程發(fā)生相應(yīng)的變化；星體結(jié)構(gòu)隨之變化，因而有相應(yīng)的能量吸收或釋放。因此，傳統(tǒng)中子星冷卻的研究中將星體結(jié)構(gòu)視為凍結(jié)的，其合理性并沒(méi)有得到檢驗(yàn)。
近代物理所研究人員及其合作者率先在中子星冷卻的研究中將星體結(jié)構(gòu)處理為隨時(shí)間演化的，星體結(jié)構(gòu)的演化與中子星熱演化耦合在一起。結(jié)果表明，星體在冷卻過(guò)程中，存儲(chǔ)的熱能并不能夠完全釋放出來(lái)，即動(dòng)態(tài)處理給出的可釋放熱能低于傳統(tǒng)靜態(tài)處理給出的熱能（效率η<1），因此星體冷卻會(huì)比之前預(yù)期的快。星體質(zhì)量越大，效率η越低，如圖1所示，并且η不依賴于星體溫度，也幾乎不依賴于核物質(zhì)狀態(tài)方程。對(duì)于通常質(zhì)量的中子星（～1.4倍太陽(yáng)質(zhì)量），傳統(tǒng)的靜態(tài)處理可以認(rèn)為是一個(gè)比較好的近似，然而對(duì)于質(zhì)量較大的中子星，動(dòng)態(tài)處理或許是必要的。該項(xiàng)研究對(duì)于將來(lái)精確描述中子星冷卻具有一定的參考意義。
該工作得到了中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)的支持，研究結(jié)果在國(guó)際著名的天體物理期刊Astrophysical Journal, 862，67 (2018) 發(fā)表。
文章鏈接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/aacc60
圖1：效率η隨中子星質(zhì)量的變化關(guān)系
?。?span>理論物理研究室 供稿）
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