The impact of axion emission on the cooling of white dwarf stars
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10183/231364 |
Resumo: | Os áxions são partículas teóricas que têm sido testados em sistemas estelares como anãs brancas, que já se mostraram excelentes laboratórios para o estudo de áxions que interagem com elétrons. No entanto, há pouca discussão sobre o impacto que essas partículas podem ter no tempo de resfriamento de estrelas anãs brancas. Neste trabalho, investigamos o impacto de emissão de áxions em estrelas anãs brancas de diferentes metalicidades, com foco em seus tempos de resfriamento. Usando o código de La Plata (LPCODE) para obter modelos consistentes, calculei o resfriamento de sequências de anãs brancas considerando metalicidades Z = 0, 01, 0, 004 e 0, 0001, massas de anã branca 0, 524M < MW D < 0, 917M e massas de áxions de 1 a 30 meV (2, 8 × 10−14 ≤ gae ≤ 8, 4 × 10−13). Descobri que a taxa de resfriamento das anãs brancas é bastante afetada pela presença de áxions, e os tempos de resfriamento podem ser reduzidos em até 5 Gyrs para Teff . 5 000K - independente da metalicidade. Adicionalmente, proponho o uso da sequência de resfriamento de anãs brancas de aglomerados globulares como um novo método para restringir a massa do áxion. Determinei idades para 47 Tucanae usando isócronas obtidas com modelos sem áxions e incluindo axions de 17 e 30 meV, o que resultou em uma diferença de idade de 2,1 e 4,2 Gyrs, respectivamente. Comparando com determinações independentes de idade pude restringir a massa do áxion a ma ≤ 17 meV (gae < 4, 8 × 10−13) |
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Fritzen, Jamile KatieleRomero, Alejandra DanielaKepler, Souza Oliveira2021-10-27T04:26:56Z2021http://hdl.handle.net/10183/231364001132725Os áxions são partículas teóricas que têm sido testados em sistemas estelares como anãs brancas, que já se mostraram excelentes laboratórios para o estudo de áxions que interagem com elétrons. No entanto, há pouca discussão sobre o impacto que essas partículas podem ter no tempo de resfriamento de estrelas anãs brancas. Neste trabalho, investigamos o impacto de emissão de áxions em estrelas anãs brancas de diferentes metalicidades, com foco em seus tempos de resfriamento. Usando o código de La Plata (LPCODE) para obter modelos consistentes, calculei o resfriamento de sequências de anãs brancas considerando metalicidades Z = 0, 01, 0, 004 e 0, 0001, massas de anã branca 0, 524M < MW D < 0, 917M e massas de áxions de 1 a 30 meV (2, 8 × 10−14 ≤ gae ≤ 8, 4 × 10−13). Descobri que a taxa de resfriamento das anãs brancas é bastante afetada pela presença de áxions, e os tempos de resfriamento podem ser reduzidos em até 5 Gyrs para Teff . 5 000K - independente da metalicidade. Adicionalmente, proponho o uso da sequência de resfriamento de anãs brancas de aglomerados globulares como um novo método para restringir a massa do áxion. Determinei idades para 47 Tucanae usando isócronas obtidas com modelos sem áxions e incluindo axions de 17 e 30 meV, o que resultou em uma diferença de idade de 2,1 e 4,2 Gyrs, respectivamente. Comparando com determinações independentes de idade pude restringir a massa do áxion a ma ≤ 17 meV (gae < 4, 8 × 10−13)Axions are theoretical particles that have been probed in stellar systems such as white dwarf stars, which have already been shown to be excellent laboratories for the study of axions with coupling to electrons. However, there has been little discussion about the impact these particles can have on the cooling time of white dwarf stars. In this work I investigate the impact of axion emission on white dwarf stars of different metallicities, focusing on their cooling times. Using the La Plata evolutionary code to calculate consistent models, I computed white dwarf cooling sequences considering metallicities Z=0.01, 0.004 and 0.0001, white dwarf masses 0.524M < MW D < 0.917M and axions with masses from 1 to 30 meV, equivalent to an axion to electron coupling coefficient 2.8×10−14 ≤ gae ≤ 8.4×10−13 . I found that the cooling rate of the white dwarfs is strongly affected by the presence of axions, and the cooling times can be reduced up to 5 Gyrs for Teff . 5000K - independent of the metallicity. I propose the usage of the white dwarf cooling sequence of globular clusters as a new method to constrain the axion mass. I determined ages for 47 Tucanae using isochrones obtained with models without axions and including axions of 17 and 30meV, which resulted in an age difference of 2.1 and 4.2 Gyr, respectively. Comparing it to independent age determinations I was able to constrain the axion mass to ma < 17 meV (gae < 4.8 × 10−13)application/pdfengAnãs brancasAxionsMatéria escuraWhite dwarfsAxionsDark matterThe impact of axion emission on the cooling of white dwarf starsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisUniversidade Federal do Rio Grande do SulInstituto de FísicaPrograma de Pós-Graduação em FísicaPorto Alegre, BR-RS2021mestradoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGSinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)instacron:UFRGSTEXT001132725.pdf.txt001132725.pdf.txtExtracted Texttext/plain120328http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/10183/231364/2/001132725.pdf.txt2bfaa335e552f5f8fd841f98c0c44866MD52ORIGINAL001132725.pdfTexto completo (inglês)application/pdf4382973http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/10183/231364/1/001132725.pdf59592239da20b3d7b212f49a729b81a4MD5110183/2313642024-08-29 06:35:33.515856oai:www.lume.ufrgs.br:10183/231364Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://lume.ufrgs.br/handle/10183/2PUBhttps://lume.ufrgs.br/oai/requestlume@ufrgs.br||lume@ufrgs.bropendoar:18532024-08-29T09:35:33Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)false |
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