Enfriamiento de estrellas de neutrones a través de la emisión de neutrinos producidos en el proceso Urca directo

Abstract

En este trabajo se analiza el enfriamiento de estrellas de neutrones (NS) a través de la emisión de neutrinos producto del proceso Urca Directo (DUrca). Para esto, se calcularon las emisividades de neutrinos, considerando la interacción efectiva entre los nucleones a través del intercambio de piones, derivando una expresión relativista para la pérdida de energía en las NS, utilizando la regla de oro de Fermi, dentro del Modelo Estándar de interacciones electrodébiles. Para caracterizar el proceso de enfriamiento se calculó numéricamente el perfil densidad para diferentes ecuaciones de Estado (EoS) y a partir de éste se determinaron cantidades termodinámicas influyentes en la emisividad. Así, pudo describirse la dependencia radial de la emisividad para las EoS estudiadas, comparando con la tasa de emisión de energía para el proceso Urca Modificado (MUrca). Adicionalmente, se calculó la tasa de emisión de energía dentro la Teoría de Campo Medio, integrando los efectos del retroceso de nucleones, la violación de paridad, y las interacciones pseudo-escalares entre los nucleones. Finalmente, se determinó la disminución en las tasas de emisión de energía cuando se presentan fases superfluidas de la materia, por debajo de la temperatura de transición de fase de aparición de pares de Cooper de nucleones.

Abstract. We analized the cooling process of neutron stars (NS) through neutrino emission produced by the Direct Urca process (DUrca). To do this, we calculated the neutrino emissivities, taking into account the effective interaction between nucleons, mediated by pion exchange, obtaining a relativistic expression for NS energy losses, using Fermi’s golden rule, within the Standard Model of Electroweak Interactions. To find the caracteristics of the cooling process, we numerically calculated the density profile for different Equations of State (EoS), and using this we determined thermodynamical quantities influencing the calculated emissivity. Doing so, we could describe the radial dependence of the emissivity for the analyzed EoS, comparing with the energy emission rates for the Modified Urca process (MUrca). Furthermore, we found the energy emission rate within Mean Field Theory, considering the effects of nucleon recoil, parity violation and pseudo-escalar interactions between nucleons. Finally, the suppresion of the energy emission rates when superfluid phases of matter appear was calculated, for temperatures below the critical temperature at which Cooper pairs are formed.