【摘要】：脈沖星是高速自轉(zhuǎn)的強(qiáng)磁化的中子星。近期,Fermi伽瑪射線空間望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)觀測(cè)到一百多顆脈沖星發(fā)射伽瑪射線(簡(jiǎn)稱Fermi伽瑪射線脈沖星),這些觀測(cè)為人們提供了研究脈沖星磁層中粒子加速和輻射的有用的信息�；谶@些觀測(cè),本論文開展了Fermi伽瑪射線脈沖星高能特性的研究,主要包括如下三個(gè)方面的研究工作。 首先,我研究了Crab脈沖星伽瑪射線輻射相位分離能譜及能量相關(guān)光變曲線。Crab脈沖星是銀河系內(nèi)最明亮的伽瑪射線源之一,Fermi伽瑪射線空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)Crab進(jìn)行了觀測(cè),觀測(cè)給出了Crab脈沖星的能量相關(guān)的光變曲線及細(xì)致的相位分離能譜。在雙極外間隙三維模型的基礎(chǔ)上,我詳細(xì)計(jì)算了在實(shí)驗(yàn)室參考系中Crab脈沖星的能量相關(guān)的光變曲線及相位分離能譜,并與觀測(cè)進(jìn)行比較。計(jì)算的結(jié)果顯示：(1)該模型能夠很好的解釋Fermi伽瑪射線空間望遠(yuǎn)鏡與MAGIC望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的Crab脈沖星的伽瑪射線輻射特征；(2)在光子能量小于約10GeV時(shí),光變曲線的第一個(gè)峰由南北兩極的外間隙共同產(chǎn)生,而第二個(gè)峰的輻射則主要由南極的外間隙產(chǎn)生。并且,兩個(gè)輻射區(qū)產(chǎn)生的輻射對(duì)于第一個(gè)峰的貢獻(xiàn)隨光子能量的變化而不同。當(dāng)光子能量大于約20GeV時(shí),第一個(gè)峰的輻射全部由南極的外間隙產(chǎn)生；(3)當(dāng)光子能量大于100MeV時(shí),伽瑪射線輻射主要為次級(jí)對(duì)的逆康普頓散射光子和殘余的初級(jí)曲率輻射光子。當(dāng)光子能量大于幾個(gè)GeV時(shí),殘余的曲率輻射光子成為伽瑪射線輻射的主要成分。 其次,我研究了在具有電流感生的磁場(chǎng)的脈沖星磁層中伽瑪輻射發(fā)射模式和光變曲線。一般認(rèn)為脈沖星的高能脈沖輻射產(chǎn)生于脈沖星磁層,所以如何近似脈沖星磁層是一個(gè)的很重要課題。脈沖星的磁層通常由偶極磁場(chǎng)近似描述。然而,因?yàn)樵诿}沖星磁層的加速區(qū)中被加速的輻射的粒子可在開場(chǎng)線區(qū)產(chǎn)生電流,該電流將感生磁場(chǎng)擾動(dòng),從而導(dǎo)致相對(duì)于偶極場(chǎng)的扭曲的磁場(chǎng)。所以一個(gè)更為真實(shí)的磁層應(yīng)由具有電流感生的磁場(chǎng)擾動(dòng)的偶極磁場(chǎng)近似�；陔娏鞲猩拇艌�(chǎng)擾動(dòng)的靜態(tài)偶極磁場(chǎng),我推導(dǎo)出了具有電流感生的磁場(chǎng)擾動(dòng)的推遲偶極磁場(chǎng)解,給出了笛卡爾坐標(biāo)系下靜態(tài)磁場(chǎng)和推遲勢(shì)磁場(chǎng)各個(gè)分量的解析表達(dá)式。與靜態(tài)磁場(chǎng)解類似的,推遲的偶極磁場(chǎng)解同樣可以表示為偶極磁場(chǎng)和微擾磁場(chǎng)之和。 利用給出的結(jié)果,我詳細(xì)計(jì)算了脈沖星的輻射投影與光變曲線,討論不同的微擾磁場(chǎng)強(qiáng)度下脈沖星的輻射投影和光變曲線形態(tài)的變化情況,并運(yùn)用于解釋Vela脈沖星伽瑪射線光變曲線。結(jié)果表明,磁層內(nèi)電流感生的微擾磁場(chǎng)會(huì)改變脈沖星的伽瑪射線輻射投影及光變曲線的輪廓,并且在較強(qiáng)的微擾磁場(chǎng)下顯得更加明顯。另外,當(dāng)電流方向由磁層內(nèi)部流向外部時(shí),即電子運(yùn)動(dòng)方向向內(nèi)或者正電子運(yùn)動(dòng)方向向外時(shí),所產(chǎn)生的微擾磁場(chǎng)會(huì)減弱磁場(chǎng)隨脈沖星自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的聚集效果,使得輻射投影和光變曲線顯得更加平滑。相反的,當(dāng)電流方向由磁層外部流向內(nèi)部時(shí),即電子運(yùn)動(dòng)方向向外或者正電子運(yùn)動(dòng)方向向內(nèi)時(shí),所產(chǎn)生的微擾磁場(chǎng)會(huì)增強(qiáng)磁場(chǎng)隨脈沖星自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的聚集效果,使得輻射投影和光變曲線顯得更加粗糙。 最后,我研究了年輕的孤立脈沖星的位相平均能譜和伽瑪射線光度。為了解釋Fermi伽瑪射線空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的年輕的孤立脈沖星的平均輻射特性,我提出了一個(gè)改進(jìn)的外間隙模型。在該模型中,外間隙有兩種可能的情況,外間隙的厚度在第一種情況中由光子-光子對(duì)產(chǎn)生過程限制和在第二種情況中由臨界場(chǎng)線限制。如果在零電荷面處第一種情況中的間隙厚度小于第二種情況中的,則間隙厚度由第一種情況給出,反之亦然。對(duì)于具有給定磁傾角的一顆伽瑪射線脈沖星,這樣一個(gè)外間隙從位于零電荷面以內(nèi)的內(nèi)邊界一直延伸至光柱表面附近。當(dāng)外間隙的形狀被確定后,假定脈沖星的伽瑪射線典型的輻射由位于間隙中心一平均半徑處的輻射描述,其中間隙內(nèi)的加速電場(chǎng)沿垂直磁場(chǎng)方向滿足高斯分布。使用三個(gè)模型參數(shù),可在該改進(jìn)的模型中估計(jì)一顆給定的脈沖星的相位平均伽瑪射線能譜。我將該模型運(yùn)用于解釋Vela(第一種情況)和Geminga(第二種情況)脈沖星的相位平均譜。我也使用該模型擬合了54顆年輕的孤立脈沖星的位相平均譜,從而計(jì)算了它們的伽瑪射線光度,并與Fermi-LAT的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：P145.6

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1 陸建隆,潘善龍,陸W，

本文編號(hào)：2574859