本文關(guān)鍵詞：中子星作為限制暗物質(zhì)的探針研究

  更多相關(guān)文章： 中子星 奇異夸克星 暗物質(zhì) 弱相互作用重粒子 微帶電荷粒子 熱演化 限制

【摘要】：本文在第一章介紹了中子星的本身性質(zhì)與特征、中子星家族的分類、中子星的結(jié)構(gòu)和中子星與奇異夸克星的區(qū)別對(duì)比,并討論了目前利用觀測數(shù)據(jù)來限制中子星,包括中子星的最大質(zhì)量及質(zhì)量—半徑關(guān)系、表面熱輻射和極限旋轉(zhuǎn)。通過星系旋轉(zhuǎn)曲線、星系團(tuán)的碰撞、引力透鏡效應(yīng)等觀測以及宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的模擬表明了宇宙是存在暗物質(zhì)的。本文在第二章介紹了三種銀河系暗物質(zhì)密度分布模型(NFW密度分布、Einasto密度分布和Burkert密度分布)、暗物質(zhì)的主要候選者和暗物質(zhì)探測現(xiàn)狀(直接探測,間接探測和高能的大型加速器創(chuàng)造出暗物質(zhì))。隨著地下探測器的升級(jí)以及探測截面靈敏度的提高,直接探測可以給出暗物質(zhì)WIMP與核子散射截面的嚴(yán)格上限。弱相互作用重粒子(WIMP)是目前最流行的暗物質(zhì)候選者之一。本文在第三章對(duì)暗物質(zhì)WIMP影響中子星(普通中子星和奇異夸克星)熱演化進(jìn)行了研究。在中子星的熱演化中,我們考慮了中子星吸積暗物質(zhì)、暗物質(zhì)熱化以及暗物質(zhì)湮滅和加熱過程。不管是普通中子星還是奇異夸克星,它們演化到晚期(t106106.5yr),暗物質(zhì)湮滅加熱與星體表面光子輻射冷卻達(dá)到熱平衡,都出現(xiàn)了表面溫度平臺(tái)Teq～ρdm1/4。利用中子星的熱輻射可以限制非熱產(chǎn)生的WIMPs的極小湮滅截面10-61-10-57cm2。對(duì)于NFW密度分布,在距離銀河系中心10—4 pc的中子星,其表面溫度達(dá)到了3×105 K。然而,WIMP-核子的彈性(非彈性)散射截面可以低于～10-45 cm2,該截面比目前實(shí)驗(yàn)限制的還要低2個(gè)量級(jí),所以利用中子星可以探測較小的WIMP-核子的彈性(非彈性)散射截面。微帶電荷粒子是目前備受關(guān)注的暗物質(zhì)的另一種候選者。微帶電荷粒子超出了粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型,它所帶的電荷可以是e’=εe(ε是任意實(shí)數(shù),并且ε1)。微帶電荷粒子可以影響宇宙的標(biāo)準(zhǔn)圖像,包括宇宙膨脹率、宇宙早期重子／光子比、宇宙微波背景輻射各向異性的功率譜等,甚至還可以解釋星系和星系團(tuán)的磁場種子的起源。目前,對(duì)微帶電荷粒子的質(zhì)量和電荷的限制主要來自于地面實(shí)驗(yàn)室限制、宇宙限制和天體演化限制。本文在第四章利用中子星的極限旋轉(zhuǎn)周期對(duì)微帶電荷粒子的質(zhì)量和電荷進(jìn)行了限制。對(duì)于中子星的旋轉(zhuǎn)周期演化,在磁偶極輻射和GJ流制動(dòng)的基礎(chǔ)上,我們考慮了中子星吸積微帶電荷粒子產(chǎn)生了額外的制動(dòng)力矩,從而使星體旋轉(zhuǎn)減慢。我們把日前正常脈沖星所觀測到的最長周期8.51s(在2.72×108yr)作為中子星周期演化的截?cái)?從而限制了微帶電荷粒子的質(zhì)量和電荷。對(duì)于典型的中子星(M=1.4M(?),R=10 km),對(duì)微帶電荷粒子的質(zhì)量和電荷的限制為(1GeV/m)×≤2.52×10-2/cos2θ,該限制與目前實(shí)驗(yàn)和觀測限制是一致的。
【關(guān)鍵詞】：中子星 奇異夸克星 暗物質(zhì) 弱相互作用重粒子 微帶電荷粒子 熱演化 限制
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P145.6;P145.9
【目錄】：

• 中文摘要5-7
• 英文摘要7-12
• 第一章 中子星簡介12-42
• 1.1 引言12-16
• 1.2 中子星的基本概述16-31
• 1.2.1 中子星的家族20-25
• 1.2.2 中子星的結(jié)構(gòu)25-28
• 1.2.3 中子星與奇異夸克星28-31
• 1.3 對(duì)中子星的觀測限制31-40
• 1.3.1 最大質(zhì)量和質(zhì)量—半徑關(guān)系32-33
• 1.3.2 表面熱輻射33-38
• 1.3.3 旋轉(zhuǎn)周期38-40
• 1.4 本文的主要內(nèi)容安排40-42
• 第二章 暗物質(zhì)簡介42-58
• 2.1 引言42-43
• 2.2 暗物質(zhì)存在證據(jù)及銀河系暗物質(zhì)的分布43-47
• 2.2.1 星系旋轉(zhuǎn)曲線43-45
• 2.2.2 星系團(tuán)的碰撞45-46
• 2.2.3 銀河系暗物質(zhì)的分布46-47
• 2.3 暗物質(zhì)粒子候選者47-49
• 2.4 暗物質(zhì)粒子的探測49-58
• 2.4.1 暗物質(zhì)的直接探測及現(xiàn)狀50-53
• 2.4.2 暗物質(zhì)的間接探測及現(xiàn)狀53-56
• 2.4.3 加速器“創(chuàng)造”暗物質(zhì)56-58
• 第三章 中子星的熱演化和暗物質(zhì)吸積、加熱58-86
• 3.1 中子星的熱演化59-70
• 3.1.1 熱演化的基本方程59-60
• 3.1.2 熱容量60-63
• 3.1.3 中微子輻射率63-69
• 3.1.4 T_8—T_b關(guān)系69-70
• 3.2 中子星吸積暗物質(zhì)70-74
• 3.3 暗物質(zhì)熱化74-75
• 3.4 暗物質(zhì)湮滅和加熱75-76
• 3.5 計(jì)算結(jié)果76-83
• 3.6 小結(jié)與討論83-86
• 第四章 限制微帶電荷暗物質(zhì)86-102
• 4.1 微帶電荷暗物質(zhì)簡介86-87
• 4.2 限制微帶電荷暗物質(zhì)研究現(xiàn)狀概述87-94
• 4.2.1 地面實(shí)驗(yàn)室限制89
• 4.2.2 宇宙限制89-91
• 4.2.3 天體演化限制91-94
• 4.3 利用中子星限制微帶電荷暗物質(zhì)94-98
• 4.4 計(jì)算結(jié)果98-100
• 4.5 小結(jié)與討論100-102
• 第五章 總結(jié)與展望102-106
• 附錄A 磁偶極模型及基本導(dǎo)出量106-108
• 參考文獻(xiàn)108-126
• 博士期間發(fā)表論文列表與參加學(xué)術(shù)會(huì)議和暑期學(xué)校126-128
• 致謝128-129

【相似文獻(xiàn)】

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1 劉佳;殷鵬飛;朱守華;;暗物質(zhì)的理論研究進(jìn)展[J];物理;2009年12期

2 常進(jìn);;暗物質(zhì)粒子探測:意義、方法、進(jìn)展及展望[J];工程研究-跨學(xué)科視野中的工程;2010年02期

3 李丹丹;;暗物質(zhì)問題[J];硅谷;2010年15期

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6 李金;;暗物質(zhì)的直接實(shí)驗(yàn)探測[J];物理;2011年03期

7 倪凱旋;魏月環(huán);;基于液氙的暗物質(zhì)直接探測[J];中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2011年12期

8 余釗煥;陳t燂，

本文編號(hào)：1026863