摘要
中子星是具备自然界四大相互作用的宇宙中的天然极端物理实验室，中子星的物态和中子星内部物理过程可能被天文观测检验。基于暗物质理论，暗衰变中子星是一种可能的存在，研究它的结构和暗弱相互作用行为有利于从天文观测判断中子衰变到暗物质可能性。 我们讨论了简单的理想暗物质衰变模型下中子星的结构组成和衰变模式，发现在给定的相互作用场强和自相互作用场强时，理想费米子暗物质混合核子物质构成的中子星可以达到2个太阳质量。我们讨论了真空中一个静止中子衰变成一个暗物质粒子和一个光子的情形，发现重子-暗物质之间的相互作用强度参数是影响不变振幅和衰变率的主要因素。在这样的大约2倍核饱和密度的中子星中，暗物质粒子的丰度大约占30-40％。 基于中子星暗衰变实验分析和已有暗衰变中子星模型，选取中子衰变为一个暗物质粒子和一个光子的可能通道，我们系统地计算了这一通道中中子从自由衰变到有限密度下的反应率及其逆过程反应率。在计算过程中，我们发现用前人的积分方法无法计算偶数个费米子反应的反应率。基于路径积分，扩展了费米统计因子相关积分，发现奇数个费米子反应过程被积函数实部对相空间积分贡献，而偶数个费米子反应过程其虚部对积分贡献。发现暗衰变中子星中，暗弱相互作用反应率比修改Urca反应率高2-3个量级，这有利于提高中子星体粘滞性，改善中子星转动演化图像。基于中子星热演化过程中热力学状态偏离平衡态的认识，研究了暗弱反应在中子星物质中的净反应率。对比Urca过程和修改Urca过程，由于暗弱相互作用加热不产生中微子辐射，可以不用考虑这样暗通道带来的中微子冷却效应。将这样的加热机制应用年老毫秒脉冲星加热，有可能弥补β过程化学加热效率不足的问题。
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