Entrainment in neutron star crust
Entraînement dans l'écorce d'une étoile à neutrons
Résumé
The inner crust of a neutron star, which is composed of a solid Coulomb lattice of nuclei immersed in a neutron superfluid, is studied from both a macroscopic and a microscopic level. In a first part, we develop a non relativistic but four dimensionally covariant formulation of the hydrodynamics of a perfect fluid mixture based on a variational principle. This formalism is applied to the description of neutron star crust as two fluid model, a neutron superfluid and a plasma of nuclei and electrons coupled via non dissipative entrainment effects, whose microscopic evalution is studied in a second part. Applying mean field methods beyond the Wigner-Seitz approximation, the Bragg scattering of dripped neutrons upon crustal nuclei lead to a "mesoscopic" effective neutron mass, which unlike the "microscopic" effective mass, takes very large values compared to the bare mass in the middle layers of the crust.
Ce travail traite des aspects macroscopiques et microscopiques de l'écorce interne d'une étoile à neutrons, formée d'un solide de noyaux plongé dans un superfluide de neutrons. Une première partie expose une formulation quadridimensionnelle covariante de l'hydrodynamique non relativiste d'un mélange de fluides parfaits, basée sur un principe variationnel convectif. Ce formalisme est appliqué à la description de l'écorce, comme un mélange de deux fluides, un superfluide de neutrons et un plasma de noyaux et d'électrons, couplés par un entraînement non dissipatif. La seconde partie est dédiée à l'étude microscopique de cet entraînement.
Appliquant des méthodes de champ moyen au-delà de l'approximation de Wigner-Seitz, nous montrons que cet entraînement résulte de la diffraction de Bragg des neutrons libres sur les noyaux. Celle-ci se traduit par une masse de neutron effective "mésoscopique", qui, contrairement à la masse effective "microscopique", est très grande devant la masse "nue", dans les couches intermédiaires.
Appliquant des méthodes de champ moyen au-delà de l'approximation de Wigner-Seitz, nous montrons que cet entraînement résulte de la diffraction de Bragg des neutrons libres sur les noyaux. Celle-ci se traduit par une masse de neutron effective "mésoscopique", qui, contrairement à la masse effective "microscopique", est très grande devant la masse "nue", dans les couches intermédiaires.