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Departamento de Física Universidade Federal de Santa Catarina...1,2Departamento de Física...

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Evolution of Protoneutron Stars Marcelo D. Alloy 1 Débora P. Menezes 2 1,2 Departamento de Física Universidade Federal de Santa Catarina October - 2009 / Maresias
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Page 1: Departamento de Física Universidade Federal de Santa Catarina...1,2Departamento de Física Universidade Federal de Santa Catarina October - 2009 / Maresias. Motivation 1 Study protoneutron

Evolution of Protoneutron Stars

Marcelo D. Alloy1 Débora P. Menezes2

1,2Departamento de FísicaUniversidade Federal de Santa Catarina

October - 2009 / Maresias

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Motivation

1 Study protoneutron star evolution2 Understand the formation of neutron star remnants after

the shock1 Deleptonization process2 Cooling process

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Star formation

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Boltzmann transport equations

Boltzmann equation:

(

∂f∂xβ

− Γαβγpγ ∂f

∂pα

)

=

(

dfdτ

)

coll,

Metric:

ds2 = −e2φdt2 + e2Λdr2 + r2dθ2 + r2sen2θdφ2,

Number transport equation

et0∂Nν

∂t+ er

0∂Nν

∂r+ et

1∂Fν

∂t+ er

1∂Fν

∂r+ (Γ1

10 + 2Γ220)Nν + (Γ1

00 − 2Γ122)Fν = SN ,

Energy transport equation

et0∂Jν

∂t+ er

0∂Jν

∂r+ et

1∂Hν

∂t+ er

1∂Hν

∂r+ (Γ1

10 + 3Γ220)Jν + (2Γ1

00 − 2Γ122)Hν + (Γ1

10 − Γ220)Pν = SE ,

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Boltzmann transport equations

Boltzmann equation:

(

∂f∂xβ

− Γαβγpγ ∂f

∂pα

)

=

(

dfdτ

)

coll,

Metric:

ds2 = −e2φdt2 + e2Λdr2 + r2dθ2 + r2sen2θdφ2,

Number transport equation

et0∂Nν

∂t+ er

0∂Nν

∂r+ et

1∂Fν

∂t+ er

1∂Fν

∂r+ (Γ1

10 + 2Γ220)Nν + (Γ1

00 − 2Γ122)Fν = SN ,

Energy transport equation

et0∂Jν

∂t+ er

0∂Jν

∂r+ et

1∂Hν

∂t+ er

1∂Hν

∂r+ (Γ1

10 + 3Γ220)Jν + (2Γ1

00 − 2Γ122)Hν + (Γ1

10 − Γ220)Pν = SE ,

Page 6: Departamento de Física Universidade Federal de Santa Catarina...1,2Departamento de Física Universidade Federal de Santa Catarina October - 2009 / Maresias. Motivation 1 Study protoneutron

Boltzmann transport equations

Boltzmann equation:

(

∂f∂xβ

− Γαβγpγ ∂f

∂pα

)

=

(

dfdτ

)

coll,

Metric:

ds2 = −e2φdt2 + e2Λdr2 + r2dθ2 + r2sen2θdφ2,

Number transport equation

et0∂Nν

∂t+ er

0∂Nν

∂r+ et

1∂Fν

∂t+ er

1∂Fν

∂r+ (Γ1

10 + 2Γ220)Nν + (Γ1

00 − 2Γ122)Fν = SN ,

Energy transport equation

et0∂Jν

∂t+ er

0∂Jν

∂r+ et

1∂Hν

∂t+ er

1∂Hν

∂r+ (Γ1

10 + 3Γ220)Jν + (2Γ1

00 − 2Γ122)Hν + (Γ1

10 − Γ220)Pν = SE ,

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Boltzmann transport equations

Boltzmann equation:

(

∂f∂xβ

− Γαβγpγ ∂f

∂pα

)

=

(

dfdτ

)

coll,

Metric:

ds2 = −e2φdt2 + e2Λdr2 + r2dθ2 + r2sen2θdφ2,

Number transport equation

et0∂Nν

∂t+ er

0∂Nν

∂r+ et

1∂Fν

∂t+ er

1∂Fν

∂r+ (Γ1

10 + 2Γ220)Nν + (Γ1

00 − 2Γ122)Fν = SN ,

Energy transport equation

et0∂Jν

∂t+ er

0∂Jν

∂r+ et

1∂Hν

∂t+ er

1∂Hν

∂r+ (Γ1

10 + 3Γ220)Jν + (2Γ1

00 − 2Γ122)Hν + (Γ1

10 − Γ220)Pν = SE ,

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Protoneutron star evolution transport equations

∂YL

∂t+

∂eφ4πr2Fν

∂a= 0,

T∂s∂t

− µν∂YL

∂t+ e−2φ∂e2φ4πr2Hν

∂a= 0,

1 Fν is flux number.2 Hν is flux energy.3 YL is lepton fraction.4 T is temperature.5 s is entropy.6 a is baryon number.

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Diffusion Coefficients

Information about neutrino interactions in dense matter for

Neutrinos

Dn =

0dEνEn

ν λν(Eν)fν(Eν)(1 − fν(Eν)),

Anti-neutrinos

Dn =

0dEνEn

ν λν(Eν)fν(Eν)(1 − fν(Eν)),

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Neutrino interactions with dense matter

1 Neutral current scattering of neutrinos:

νe + n → νe + n, νe + p → νe + p.

2 Charged current absortion:

νe + n → e− + p, νe + p → e+ + n.

3 Neutrinos mean free path:

λν(Eν) =1

nB(Ynσn(Eν) + Ypσp(Eν) + (Yn + Yp)σa(Eν)).

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General scheme

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RESULTS

1 2 3 4 5

0.1

1

10np) m

nB/n0

T=10 MeV T=20 MeV T=30 MeV T=40 MeV T=50 MeV

1 2 3 4 50.5

1.0

1.5

2.0

T=25 MeV

np) m

nB/n0

1 2 3 4 50.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

T=50 MeV

np m

nB/n0

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RESULTS

Neutrino degenerescence parameter and neutrino chemicalpotential evolution:

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RESULTS

Temperature and entropy evolution:

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RESULTS

Neutrino fraction evolution:

0.30 0.45 0.60 0.75 0.90 1.05 1.20 1.350

2

4

6

8

10

12

14

16

Tempo

Y 1

0-3 (f

raçã

o de

neu

trin

os)

MB (M )

t = 0 s t = 1.67 s t = 3.35 s t = 5.02 s t = 6.65 s t = 7.94 s t = 9.20 s t = 10.44 s t = 22.00 s t = 42.62 s

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RESULTS

Electron fraction evolution:

0.30 0.45 0.60 0.75 0.90 1.05 1.20 1.350.16

0.18

0.20

0.22

0.24

0.26

0.28

0.30

Tempo

Y e (fra

ção

de e

létr

ons)

MB (M )

t = 0 s t = 1.67 s t = 3.35 s t = 5.02 s t = 6.65 s t = 7.94 s t = 9.20 s t = 10.44 s t = 22.00 s t = 42.62 s

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RESULTS

Neutron fraction evolution:

0.30 0.45 0.60 0.75 0.90 1.05 1.20 1.350.70

0.75

0.80

0.85

Tempo

t = 0 s t = 1.67 s t = 3.35 s t = 5.02 s t = 6.65 s t = 7.94 s t = 9.20 s t = 10.44 s t = 22.00 s t = 42.62 s

Y n (fra

ção

de n

êutr

ons)

MB (M )

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RESULTS

Diffusion coefficient D2 evolution:

0.30 0.45 0.60 0.75 0.90 1.05 1.20 1.3575

100

125

150

175

200

225

250

TempoD2 (M

eV3 k

m)

MB (M )

t = 0 s t = 1.67 s t = 3.35 s t = 5.02 s t = 6.65 s t = 7.94 s t = 9.20 s t = 10.44 s t = 22.00 s t = 42.62 s

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RESULTS

Diffusion coefficient D3 evolution:

0.30 0.45 0.60 0.75 0.90 1.05 1.20 1.350

4

8

12

16

20

24

Tempo

D3 1

03 (MeV

4 km

)

MB (M )

t = 0 s t = 1.67 s t = 3.35 s t = 5.02 s t = 6.65 s t = 7.94 s t = 9.20 s t = 10.44 s t = 22.00 s t = 42.62 s

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RESULTS

Diffusion coefficient D4 evolution:

0.30 0.45 0.60 0.75 0.90 1.05 1.20 1.350

1

2

3

4

Tempo

D4 1

06 (MeV

5 km

)

MB (M )

t = 0 s t = 1.67 s t = 3.35 s t = 5.02 s t = 6.65 s t = 7.94 s t = 9.20 s t = 10.44 s t = 22.00 s t = 42.62 s

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Next step

ImprovementsEoS with hyperons.EoS with nuclear pasta.

Obtain luminosity to compare with observationalresults.

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Collaboration

Marcelo D. Alloy

German Lugonesour source of inspiration

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See you next IWARA

THANK YOU FOR YOUR ATTENTION !


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