利用超新星中微子探测原中子星自转与自转减慢的前景

在一次成功的超新星爆发后，原中子星（PNS）在 $\sim 1-100$ s 的时间尺度上通过发射中微子而冷却。若自转的 PNS 表面存在中微子发射的“热斑”或“冷斑”，我们可预期探测器可观测到的中微子数目出现周期性调制。我们表明，傅里叶变换技术可用于从中微子到达时间确定 PNS 自转速率。若无自转减慢，一参数离散傅里叶变换（DFT）足以确定 PNS 的自转周期。若 PNS 诞生为磁星，其极向磁场强度 $B_0 \gtrsim 10^{15}$ G，且以初始自转周期 $\gtrsim 100$ ms“缓慢”自转，则它可在冷却阶段自转减慢至秒量级周期。我们提出一种带三个频率参数的改进 DFT 技术以探测自转减慢。由于除 SN1987A 探测到的 $\sim20$ 个中微子外，缺乏来自近距超新星的中微子数据，我们使用玩具模型和一个有物理动机的调制函数生成中微子到达时间。我们利用虚警率（FAR）量化傅里叶功率谱峰的显著性。我们表明，若在 $\sim 3$ s 内探测到 $5\times 10^{3}$ 个中微子且周期信号含量 $\rm M\gtrsim 13-15\%$，则以 $\rm FAR<2\%$（$2\sigma$）探测到 PNS 自转与自转减慢；若在 $\sim 3$ s 内探测到 $5\times 10^{4}$ 个中微子且 $\rm M\geq 5\%$，则以 $\rm FAR<1\%$ 探测到。由于来自 10 kpc 处超新星可预期 $\sim 10^{4}-10^{5}$ 个中微子探测，利用下一次银河系超新星的中微子探测 PNS 自转与自转减慢是可能的。