НАГРЕВ И ОСТЫВАНИЕ МАГНИТАРОВНАГРЕВ И ОСТЫВАНИЕ МАГНИТАРОВ

А.Д. Каминкер, А.Ю. Потехин, Д.Г. Яковлев

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, РАН, Санкт-Петербург

Выводы

Введение

Феноменологическая модель нагрева магнитаров

Остывание нейтронных звезд со слоевым нагревом

Москва, ГАИШ МГУ, 18.05.2007

Эффекты теплопроводности

Расход тепловой энергии

Механизмы нейтринного излучения

Магнитары и остывание изолированных НЗ

Два предположения:(1) Наблюдения отражают постоянное тепловое излучение с поверхности НЗ(2) Магнитары -- остывающие нейтронные звезды

Необходим внутренний НАГРЕВ

)(TTT ss

Тепловой баланс:

Фотонная светимость:

Теплоизолирующаяоболочка:

ergsTUT2

94810~Тепловая энергия:

Теория остывания с внутренним нагревом

Основные регуляторы остывания:

1. Уравнение состояния2. Нейтринное излучение3. Процессы нагрева4. Сверхтекучесть5. Магнитные поля6. Легкие элементы на поверхности НЗ

42L 4 sR T

Перенос тепла:

( )dT

C T W L Ldt

;dT

Fdr

- эфф. коэффициент теплопроводности

21

H

H0

Модель нагрева:

при 21 10 11 3

1 23 10 ; 10 ;g cm i

12 12 31 210 ; 3 10 ;g cm ii

13 14 31 23 10 ; 10 ;g cm iii

14 32 ; =9 10 ;g cm iv

erg s -1

erg cm -3 s -1

- характерное время нагрева

Модели нейтронных звезд

1. EOS --- Akmal, Pandharipande, Ravenhall (APR III); нейтроны, протоны, электроны и мюоны в ядре НЗ

2. Прямой Urca процесс: > 1.275x1015 g/cc, M>1.685 MSUN

3 Максимальная масса --- MMAX=1.929 MSUN

4. Модель замедленного остывания --- M=1.4 MSUN, R=12.27 km, = 9.280x1014 g/cc

5. Модель ускоренного остывания M=1.9 MSUN, R=10.95 km, = 2.050x1015 g/cc

6. Теплоизолирующая оболочка -- Fe (плотности <1010 g/cc; учет нейтринного излучения)

7. Дипольное магнитное поле B=5x1014 G на полюсах теплоизолирующей оболочки ( G )

Пренебрегаем влиянием магнитного поля на теплоперенос при плотностях > 1010 g/cc!

C

C

B=1014,1015,2x1015,5x1015,1016

Нет изотермического режима. Независимость внутренних и внешних слоев.

yrt 310 1- SGR 1900+142- SGR 0526-663- AXP 1E 1841-045

5- AXP 1RXS J170849-4009106- AXP 4U 0142+61

Мощное нейтринное излучение.

7- AXP 1E 2259+586Только нагрев внешних слоев не противоречит светимости магнитаров.

4- CXOU J010043.-721134

1010 /b g cc

Влияние нейтринного излучения на профиль температуры в теплоизолирующем слое НЗ

11b 4 10 g/cc

910bT K910bT K92 10bT K 92 10bT K

810bT K 810bT K

Механизмы нейтринного излучения во внешних оболочках магнитаров

No Механизмы: Реакции:

1 Plasmon decay

2 Electron-positron

pair annihilation

3 Electron-nucleus

bremsstrahlung

4 Photoneutrino

5 Neutrino synchrotron

e e

e Z e Z

e e e e

Нейтринное излучение во внешних оболочках магнитаров

B=1012 G, T=109 K B=1015 G, T=109 K

B=1012 G, T=2x109 K B=1015 G, T=2x109 K

Замедленное и ускоренное остывание

Влияние магнитных полей: теплопроводность и нейтринное синхротронное излучение

во внешних слоях НЗ : 1010 /b g cc

Увеличение и уменьшение теплопроводности

Появление изотермических слоев в глубине НЗ

---min =3 x 10 12max =10 14 g cm -3

Изменение теплопроводности вблизи внешнего теплоизолирующего слоя

min max= 1010 g/cc --- = 4x1011 g/cc

Затраты тепловой энергии и светимости магнитаров

)(s

erg выделено в слое 1 2 Emax~1050 erg Wmax~3x1037 erg/s1. Нагрев не может быть больше предельного:

L/W~0.012. Скорость нагрева должна быть больше светимости; оптимально:

Выводы

1. Основное предположение: слоевой нагрев нейтронных звезд

2. Источники нагрева – вблизи поверхности: 115 10 g cm -3

3. Интервал интенсивности нагрева:19 20

03 10 3 10H erg cm-3 s-1

4. Нейтринное излучение против увеличения интенсивности

Накачка огромной энергии в более глубокие слои не дает роста5. sT

6. Сильно неоднородное распределение температуры:

во внешнем слое нагрева T > 109 K;

глубокие слои коры и ядро звезды остаются холодными T << 109 K

7.

8. Полное выделение энергии (в течение 104 – 105 лет)

не может быть меньше, чем 1049—1050 erg;

только 1% этой энергии расходуется на нагрев поверхности !

Независимость тепловой эволюции внешних и внутренних слоев

Влияние длительности нагрева

Нагрев в слое I H0=3x1020 или 3x1019 erg s-1 cm-3