磁星外壳层弱相互作用过程与中微子能量损失研究

The related researches on superstrong magnetic fields(SMFs) in nuclear astrophysics show that the weak interaction and the neutrino energy loss are closely related with the magnetic field in the crust of magnetars. The SMF will affect the nuclear reaction rate of weak interaction and the final element abundance. It will also affect the neutrino energy loss rates of magnetars and finally influence the evolution time; evolution process and cooling mechanism. Based on “the relativistic SMFs and electron screening theory”,adopted the methods of “the solid physics theory” and “quantum electrodynamics”,the relativistic electron energy spectrum in SMF and the effect of strong electron screening will be studied in this project. Based on the thought of “edge hypothesis” and “random phase approximation”,adopted the methods of “Shell-Model Monte Carlo”and “the Gauss spectrum correction”, combined with the new observation data and the latest nuclear reaction data on magnetar, in order to explain the influence mechanisation due to the weak interaction process in SMFs and the sustained high neutrino burst phenomenon in the crust of magnetar, we will investigate new thermonuclear reaction rates of weak interaction and neutrino energy loss rates in SMFs in magnetars. It maybe provides theoretical support for the further study of element abundance; final destination; evolution path; evolution time and cooling mechanism for magnetar.

核天体物理领域中超强磁场的相关研究表明：磁星外壳层弱相互作用和中微子能量损失都与磁场密切相关。磁星的超强磁场将影响弱相互作用热核反应率和最终元素丰度；影响磁星的中微子能量损失率，最终影响其演化时标、演化进程和冷却机制。本项目基于“相对论超强磁场及屏蔽理论”，利用“固体物理”和“量子电动力学”方法，探索超强磁场相对论电子能谱和电荷屏蔽效应。根据“随机相位近似”和“边缘假设”思想，采用“Shell-Model Monte Carlo”与“高斯谱修正”方法，并结合最新磁星观测数据和核反应相关数据，研究磁星超强磁场环境弱相互作用的热核反应率和中微子能量损失率。以期解释磁星超强磁场对弱相互作用过程的影响机理；解释磁星高中微子暴现象。为进一步研究磁星的元素丰度、最终归宿、演化路径、演化时标、冷却机制提供理论支撑。

磁星外壳层弱相互作用和中微子致冷都与超强磁场密切相关。磁星内超强磁场将强烈地影响弱相互作用热核反应率和中微子能量损失率。本项目基于相对论超强磁场及屏蔽理论，利用固体物理和量子电动力学方法，探索超强磁场相对论电子能谱和电荷屏蔽效应。根据随机相位近似与相对论平均场有效相互作用理论，采用壳模型蒙特卡洛方法，结合最新磁星观测数据和核反应相关数据，研究磁星超强磁场环境弱相互作用的热核反应率和中微子能量损失率。. 我们的结果表明(1)磁星超强磁场电荷屏蔽将影响23Mg(p,gamma)24Al热核反应率可能增加三个数量级。(2)超强磁场使得电子费米能量的增加和单粒子能级结构的变化，使电子俘获率增加了两个数量级，而使beta衰变率降低可能超过2个数量级。(3)通过对磁星超强磁场对电子俘获中微子能量损失的研究，我们发现在相对低温环境(如T9=0.233)，当磁场强度B12<100，超强磁场对中微子能量损失率影响很小。然而，相对高温环境(如T9=15.53)，中微子能量损失率增加超过了四个数量级。当B12>100，中微子能量损失率却降低超过三个数量级。另一方面，对于某个给定的磁场强度与温度，当ρ7<1000，中微子能量损失率增加超过四个数量级，随着密度的递增(如ρ7>1000)，密度几乎对中微子能量损失率没有影响（注意：以上B12是以10^12G磁场强度单位，T9是以10^9K温度单位，ρ7是以10^7g/cm^3密度单位）。. 我们的研究结果可能有助于理解或者解释为什么在星际空间26Al总是过多的难题，有助于进一步研究重元素的核合成和磁星演化的数值计算。可能对进一步研究磁星的晚期进化，超新星爆发机制和数值模拟具有良好的参考价值和提供理论基础。我们的结果期望解释磁星超强磁场对弱相互作用过程的影响机理；解释磁星高中微子暴现象。为进一步研究磁星的元素丰度、最终归宿、演化路径、演化时标、冷却机制提供理论支撑。