Neutron Star Crust: Effects of Rotation and Strong magnetic fields

Abstract

Estrelas de neutrões constituem uma área de estudo fascinante, não apenas pelas in-úmeras incógnitas em torno da sua composição interna, mas também por protagonizaremalguns dos fenómenos astrofísicos mais misteriosos que se observa. Fenómenos extremostais como mudanças bruscas no frequência de rotação, glitches, e as erupções expon-tâneas de enormes quantidades de energia, flares, acreditam-se estar associados à regiãoda crosta das estrelas de neutrões. Estrelas de neutrões possuem campos magnéticosintensos e podem exibir frequências de rotação extremamente altas. Estes dois atributosfazem com que certas considerações de simetria, deixem de ser válidas, o que exige umtratamento que tenha em consideração todas as particularidades da relatividade geral.Neste trabalho pretende-se estudar os efeitos da rotação e de campos magnéticos intensosnas propriedades da crosta de estrelas de neutrões. Para isso recorremos à biblioteca ,em código aberto, de relatividade numérica LORENE.É sabido que, devido aos efeitos de campos magnéticos intensos, a transição da regiãoda crosta para o núcleo é marcada por uma zona intermédia onde coexiste matériaestável e instável, à que nós chamamos de crosta alargada. Neste trabalho pretendemosperceber de que forma esta região se relaciona com as propriedades globais da estrela, ede que forma depende dos parâmetros da equação de estado. Em particular, pretendemosaveriguar se a crosta, incluindo a região alargada, contém a zona onde a força de Lorenzmuda de sinal. Para além disso, pretendemos verificar se o máximo da força de Lorenzocorre na região da crosta. Acreditamos que ao responder à estas perguntas, poder-se-ãoelucidar alguns aspectos relativas aos fenómenos extremos típicos da crosta.

Neutron stars provide an exciting field of study, not only for the many open questionsregarding their internal composition, but also for some of the most puzzling astrophysicalphenomena, not observed in other types of stars. Extreme phenomena such as rapidchanges in the rotational frequency, glitches, and the sudden release of huge amountsof energy, flares, are believed to be associated with the crust region of neutron stars.Neutrons stars are highly magnetized objects and can also show very high rotationfrequencies. Those two features restrict some of the symmetry considerations that wecould take advantage of, and claim for a fully general relativistic treatment. In thisthesis we study the effects of strong magnetic fields and of rotation on the propertiesof neutron stars’ crust under a fully general relativistic framework. In order to achievethat, we make use of the open source numerical relativity library LORENE.It is understood that, due to the effects of strong magnetic fields, the transition fromthe crust region to the core is characterized by an intermediate region where stable andunstable matter interchange, that we here call the extended crust. In this work we tryto understand how this region relates to the global properties of the star, and how doesit depend on the parameters of the equation of state. In particular we ascertain whetherthe crust, equipped with its extended region, contains the region where the Lorenz forcechanges sign. In addition to that, we ask whether the Lorenz force takes a maximuminside the crust region. We believe that by answering those questions we might shadesome light onto the extreme phenomena associated with the crust region of neutron stars.