老中子星中的暗物质加热与转化学加热之比较
高能物理 - 唯象学
2019-07-05 v2 高能天体物理现象
摘要
宇宙中的暗物质（DM）粒子通过与普通物质的相互作用在 neutron stars（NSs，中子星）中累积。已知它们在 NS 核心内的湮灭会引起晚期加热，使得在 NS 年龄 t ≳ 10^{6-7} 年时表面温度保持为常量 T_s ≃ (2-3) × 10^3 K。然而，这一结论基于 NS 在其整个生命中维持 beta 平衡的假设，而该假设对旋转脉冲星并不成立。脉冲星自转减慢使 NS 物质偏离 beta 平衡，由此产生的化学势不平衡引起晚期加热，称为转化学加热（rotochemical heating）。该效应可在 t ≃ 10^{6-7} 年时将 NS 加热至 T_s ≃ 10^6 K。事实上，近期观测发现了若干表面温度远高于标准冷却情景预测且与转化学加热相符的老 NS。受这些观测启发，我们在本快报中重新评估 NS 中 DM 加热的重要性，并纳入转化学加热效应。我们进而表明，DM 加热的印记仍可在老普通脉冲星中被探测到，而在老毫秒脉冲星中则被转化学加热掩盖。不过，要确认 DM 加热的证据，有必要改进我们对核子配对能隙的认识并准确估计脉冲星的初始周期。无论如何，发现极冷 NS 可对 DM 加热因而对 DM 模型给出稳健约束。为说明这一点，我们举例讨论了 DM 为电弱多重态中性组分的情形，并指出观测到 T_s ≲ 10^3 K 的 NS 会对此类 DM 候选者施加严格约束。
引用
@article{arxiv.1905.02991,
title = {Dark Matter Heating vs. Rotochemical Heating in Old Neutron Stars},
author = {Koichi Hamaguchi and Natsumi Nagata and Keisuke Yanagi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.02991},
year = {2019}
}
备注
7 pages, 3 figures, the published version