低质量X射线双星吸积中子星宁静光度和壳冷却性质研究

Transient neutron stars in low-mass X-ray binaries(LMXBs) are excellent laboratories to study dense matter physics and neutron star structure. By studying the cooling behavior of accretion-heated neutron stars, we can infer the properties about the neutron star crust and core. However, some recently observations bring new challenges to theory, for example, the crust cooling curves of some transients (e.g. KS 1731-260, MXB 1659-29) can’t be explained only by crustal heating model, they need additional heating source in the crust (also called shallow heating), but the origin of this source is unclear. Based on the observations of soft X-ray transients, we will carry out the following works: (1) calculating the quiescent luminosity of transient accreting neutron stars with neutrino losses due to strong pion condensations and superfluidity, constrain the EoS，superfluidity and neutrino emission by comparing theory with observations; （2）explaining the quiescent light curve of MAXI J0556-332 by considering the X ray bursts and elucidating how the bursts play a role against the quiescent light curves ; (3) fitting the quiescent light curves of KS 1731-260, MXB 1659-29, IGR J17480-2446, XTE J1701-462 by the model of MAXI J0556-332, try to give an unified explanation of shallow heating. Meanwhile, this program will promote the development of astrophysics of physics department of Xinjiang University .

低质量X射线双星中的暂现源中子星是研究致密物质和中子星结构极好的天体物理实验室，通过研究吸积加热中子星的冷却可以进一步研究中子星壳和核的性质。然而最近的一些观测却对现有的理论提出了新的挑战，例如一些暂现源的冷却曲线不能用壳加热模型解释，需要在浅壳层处加上一个未知热源才能解释，而这个热源（也称浅热源）的物理原因还不清楚。本项目基于软X射线暂现源的观测开展以下三方面工作：（1）考虑强π介子凝聚和超流解释暂现源中子星的宁静光度观测，通过理论与观测对比对中子星核物态方程、超流、中微子释放等进行约束；（2）考虑中子星表面核反应引起不稳定的核燃烧和I型X射线暴，解释MAXI J0556-332壳冷却曲线，进一步研究X射线暴对壳冷却的影响；（3）用MAXI J0556-332壳冷却模型模拟其他需要额外热源的壳冷却曲线，试图给出浅热源统一物理解释。同时通过本项目促进新疆大学物理学院天体物理的发展。

中子星热演化依赖于中子星内部致密物质的性质，因此近年来暂现源吸积中子星的热演化引起了人们的关注，通过理论与观测对比可以约束中子星内部致密物质的性质。我们考虑不同的物态方程，并考虑了Π介子凝聚和超流效应，计算了吸积中子星的热演化。发现对于低对称能的Togashi及TM1e物态方程，其直接Urca过程被禁止，不能解释观测较冷的源，对于这类物态方程考虑Π介子凝聚及超流效应可以很好的解释观测。对于LS220及TM1物态方程，其中子星内部可以发生直接Urca过程，只需要再考虑超流效应就可以很好的解释观测。另一方面，一些暂现源爆发结束后，观测到了壳冷却，为了拟合观测，需要在中子星的浅壳层加一个未知热源，但热源的物理机制尚不清楚。我们考虑来自吸积中子星表面粒子碰撞产生的带电Π介子衰变产生的中微子加热，并计算了中微子加热对暂现源宁静光度的影响。值得注意的是，RX J0812.4-3114 可以通过一个内部没有发生快速冷却的大质量中子星及中微子加热解释，这与传统的解释需要小质量中子星及超流效应不同。详细的计算中微子能在壳层的吸收，对我们理解浅热机制有重要的意义。如果中微子能在外壳层被吸收，中微子加热可能解释浅热机制。