中子星作為限制暗物質的探針研究.pdf

1、本文在第一章介紹了中子星的本身性質與特征、中子星家族的分類、中子星的結構和中子星與奇異夸克星的區(qū)別對比，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量及質量—半徑關系、表面熱輻射和極限旋轉。
　　通過星系旋轉曲線、星系團的碰撞、引力透鏡效應等觀測以及宇宙大尺度結構的模擬表明了宇宙是存在暗物質的。本文在第二章介紹了三種銀河系暗物質密度分布模型（NFW密度分布、Einasto密度分布和Burkert密度分布）、暗物質的主要

2、候選者和暗物質探測現(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）。隨著地下探測器的升級以及探測截面靈敏度的提高，直接探測可以給出暗物質WIMP與核子散射截面的嚴格上限。
　　弱相互作用重粒子(WIMP)是目前最流行的暗物質候選者之一。本文在第三章對暗物質WIMP影響中子星（普通中子星和奇異夸克星）熱演化進行了研究。在中子星的熱演化中，我們考慮了中子星吸積暗物質、暗物質熱化以及暗物質湮滅和加熱過程。不管是普通中子星還是奇異

3、夸克星，它們演化到晚期（t(≥)106.5yr），暗物質湮滅加熱與星體表面光子輻射冷卻達到熱平衡，都出現(xiàn)了表面溫度平臺Tcq～ρ1/4dm。利用中子星的熱輻射可以限制非熱產生的WIMPs的極小湮滅截面10-61-10-57 cm2。對于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，該截面比目前實驗限制的還要低2個量級，所以

4、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注的暗物質的另一種候選者。微帶電荷粒子超出了粒子物理標準模型，它所帶的電荷可以是e'=(∈)e（(∈)是任意實數(shù)，并且(∈)＜1）。微帶電荷粒子可以影響宇宙的標準圖像，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的磁場種子的起源。目前，對微帶電荷粒子的質量和電荷的限制主要來自于地面實

5、驗室限制、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周期對微帶電荷粒子的質量和電荷進行了限制。對于中子星的旋轉周期演化，在磁偶極輻射和GJ流制動的基礎上，我們考慮了中子星吸積微帶電荷粒子產生了額外的制動力矩，從而使星體旋轉減慢。我們把目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斷，從而限制了微帶電荷粒子的質量和電荷。對于典型的中子星（M=1.4 M☉，R=10km），對微帶電荷