Hacia una «Gran Unificación» de las Estrellas de Neutrones

Ricardo Herasricardoherasosorno@gmail.com

ricardoheras.com

Estrellas de NeutronesUn remanente estelar debido al núcleo colapsado de una

estrella gigante después de agotar su combustible nuclear y explotar como una supernova.

Radio 10 km ̴̴Masa 1.4 soles ̴

Densidad 10 ̴ ^14 g/cm^3

Son súper estrellas!

El Teorema de PinesSección 1.5 del libro Neutron Stars: equation of state and structure (P. Haensel)

superdensas, superotantes, supermagneticas, superconductoras,

superaceleradoras de particulas, etc…

Super-ricas en toda la física que involucran:física nuclear, física de partículas, física de plasmas,relatividad general, gravitación,

electrodinámica, etc…

Las estrellas de neutrones son super estrellas Demostración. Estas estrellas son:

El promedio de sus velocidades espaciales es de 450 km/sDe acuerdo al catálogo de pulsares ATNF hay

30 estrellas de neutrones con velocidades arriba de 500 km/s y 10 de estos arriba de 1000 km/s!

Falta un ingrediente en la demostración del teorema:

LAS ESTRELLAS DE NEUTRONES SON SUPERVELOCES

La velocidad espacial es mucho mayor que la velocidad de la estrella progenitora, entonces parece que la estrella de neutrones recibió un impulso inicial adicional cuyo origen es un misterio en la física de las estrellas de neutrones!

PulsarB0833-45

V=78 km/s

Ps = .089 s

Bs=3.4 x 10^12G

J1939+2134

V=31.70 km/s,

Ps= .0015 s

Bs= 4.1 x 10^8G

MSP MagnetarJ1809-1943

V=227 km/s

Ps=5.5 s

Bs=2.1x 10^14

FAMILIAS DE ESTRELLAS DE NEUTRONES

J0835-4510

V= 79 km/s

Ps= 0.8 s

Bs= 3.4 x 10^12 G

J1833-0827

V= 902 km/s

Ps= 0.8 s

Bs= 8.9 x 10^12 G

Problema 1: La relación entre la velocidad y el campo magnético no parece ser simple

?

J2144-3933Bs = 1.9x 10^12GPs = 8.5 s

¿Pulsares o magnetares?0418+5729Bs = 7.5 x 10^12GPs =9.1 s

¿Pulsar o MSP?J0537-6910Bs = 9.25 x 10^11GPs = 0.016 s

Problema 2: Existen estrellas de neutrones irregulares:

Si todas las estrellas de neutrones tienen un mismo origen entonces

una unificación que pueda explicar esta gran variedad de familias es

una idea deseable

El origen magnetar de las estrellas de neutrones

Todas las estrellas de neutrones experimentan al nacer una decaída ultra-rapida de sus campos magnéticos. Si la energía radiada de este decaimiento se transforma en energía cinética y

rotacional de la estrella de neutrones, entonces este decaimiento ocurrirá en un tiempo de 10^(-4) s siempre que los campos

magnéticos iniciales sean del orden de 10^15-10^16 G. Esta idea sugiere que todas las estrellas de neutrones nacen

con campos magnéticos típicos de magnetares y periodos típicos de pulsares milisegundo. Se sugiere que

el origen de esta decaída del campo está en las inestabilidades magnéticas, las cuales son inevitables durant el nacimiento de

las estrellas de neutrones

Una idea simple

Radiación de la potencia dedel momento dipolar

Formula de Larmor

Potencia radiadaPor una NS

(1)

Energía radiada por una NS durante el tiempo

(2)

Si la energía radiada de este decaimiento se transforma en energía cinética y energía rotacional

sobre la estrella de neutrones, entonces conservación de energía implica la

siguiente ecuación

(3)

(4)

Limite físico de

Con esta condición impuesta el tiempo de decaimiento de a es de

(5)

De las ecuaciones 3 y 5 se obtieneLa siguiente ecuación

(6)

(7)

Campo magnético inicial del las estrellas de neutrones

En donde es la función de Lambert, la cual se define como la inversa de la función

y

De la ecuación 6 se obtienenLa siguientes ecuaciones

Rotación inicial de una NS

(8)

Velocidad una Estrella de Neutrones

(9)

Resultados

Resultados ParticularesB0833-45 (vela)

Bs=3.4 x 10^12G

B0833-45 (vela)

Bo=6.4 x 10^15G

B0531+21 (crab)

Bs=3.78 x 10^12G

B0531+21 (crab)

Bo=5.8 x 10^15G

ConclusiónLa existencia de miembros “irregulares” en las estrella de neutrones puede ser explicado con el modelo del naciente decaimiento ultra-

rápido propuesto. Esta idea sugiere que todas las estrellas de neutrones nacen con campos magnéticos típicos de magnetares y

periodos típicos de pulsares milisegundo.

Por ejemplo el pulsar J2144-3933 con Ps= 8.5 s y Bs= 6.4x 10^12 G no constituye un enigma en este modelo, de acuerdo con la eq. 6 para

obtener estos valores su campo magnético inicial decayó tres órdenes de magnitud y aumento dos órdenes de magnitud de su

periodo inicial.

En principio la idea de este modelo podría ser útil hacia un modelo unificante de las estrellas de neutrones

DiscusiónUna explicación física de este decaimiento podría

encontrarse, en principio por inestabilidades magnéticas experimentadas por la estrella naciente. Geppert &

Rheinhardt A&A, 2006, discuten el proceso magnetohydrodinamico (MHD) el cual significantemente

reduce el campo magnético de una estrella de neutrones naciente en fracciones de un segundo.

H. Spruit 2008, IAU Symposium, ha sugerido que la rotación diferencial podría ser la causa de crecimiento

exponencial del campo magnético el cual está en riesgo de decaer por inestabilidades magnéticas

ReferenciasDeller at al., 2012, ApJ, 748, L1Geppert U. & Rheinhardt M., 2006, A&A, 456, 639Harrison, E. R.& Tademaru, E., 1975, ApJ, 201, 447Helfand D. J. et al., 2007, ApJ, 662, 1198Hobbs G. et al., 2005, MNRAS, 360, 974Ibrahim et al., 2004, ApJ, 609, L21Kaspi V. M., 2010, PNAS, 107, 7147Lai D. & Shapiro S. L. 1991, ApJ, 383, 745Lyne A. & Lorimer D., 1994, Nature, 369, 127Lyne A. et al., 1993, MNRAS, 265, 1003Manchester et al., 2005, MNRAS, 167, 17Miller, M. C., & Hamilton, D. P., 2001, ApJ, 550, 863Rea N. et al., 2010, Sience, 330, 944Spruit H. & Phinney E. S., 1998, Nature, 393, 139Spruit H. C., 2008, in Strassmeier K.G., Kosovichev A.G.and Beckman J.E., eds, Cosmic Magnetic Fields: FromPlanets, to Stars and Galaxies. Proceedings of the InternationalAstronomical Union, IAU Symposium, 259, 61Tiengo A. et al., 2011, MNRAS, 412, L73

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