脈沖星是快速旋轉(zhuǎn)、擁有強(qiáng)磁場的中子星。每旋轉(zhuǎn)一周會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輻射脈沖。其輻射范圍覆蓋了從射電到γ全部的電磁波段。雖然早在上個(gè)世紀(jì)60年代就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了脈沖星,但是關(guān)于脈沖星的輻射機(jī)制至今仍然是個(gè)謎。一般認(rèn)為脈沖星的輻射起源于其轉(zhuǎn)動(dòng)能,這意味著脈沖星如果發(fā)生輻射的變化則會(huì)相應(yīng)的伴隨其自轉(zhuǎn)的變化。而在實(shí)際觀測中也確實(shí)發(fā)現(xiàn)了一些脈沖星的自轉(zhuǎn)與其輻射存在一定的關(guān)系,比如自轉(zhuǎn)減慢率和輻射強(qiáng)度同時(shí)發(fā)生變化。因此可以以此為切入點(diǎn),通過研究脈沖星的自轉(zhuǎn)及其制動(dòng)問題去反過來探索脈沖星它的輻射機(jī)制問題。星風(fēng)制動(dòng)模型考慮脈沖星磁層中的帶電粒子在外流和加速過程中會(huì)產(chǎn)生輻射并且?guī)ё咭徊糠洲D(zhuǎn)動(dòng)能,從而影響脈沖星的自轉(zhuǎn)。因此星風(fēng)模型可以自然的解釋脈沖星的自轉(zhuǎn)問題以及自轉(zhuǎn)和輻射之間的相互關(guān)聯(lián)問題。前人已經(jīng)運(yùn)用星風(fēng)制動(dòng)模型很好的解釋了間歇脈沖星周期性的在射電噪比射電寧靜狀態(tài)下更大的自轉(zhuǎn)減慢率,以及模擬一般脈沖星的自轉(zhuǎn)演化。星風(fēng)模型依賴于磁層中的加速間隙,此前前人的工作主要是運(yùn)用了某一種加速間隙或者是同時(shí)運(yùn)用兩種加速間隙共存的模型,如真空間隙等。但真實(shí)的脈沖星磁層卻實(shí)際存在了多種加速間隙,如真空間隙、外間隙、環(huán)間隙、狹長間隙... 

【文章來源】：廣州大學(xué)廣東省

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

第一顆射電脈沖星CP1919觀測得到的結(jié)果[3]

第1章引言圖1-2銀河系中一些脈沖星的分布圖[6]超新星爆發(fā)時(shí)形成的沖擊波摧毀并向外彌散，與星際介質(zhì)相互作用形成星云狀超新星遺跡[7]。1967年發(fā)現(xiàn)脈沖星后不久，人們相繼在船帆座超新星遺跡和蟹狀星云中分別發(fā)現(xiàn)了Vela和Crab脈沖星，這有力的支持了脈沖星起源于超新星爆發(fā)的理論。脈沖星的自轉(zhuǎn)周期非常穩(wěn)定可以用來充當(dāng)精確的原子鐘。當(dāng)存在伴星的時(shí)候，其超強(qiáng)的引力場可以用來檢驗(yàn)廣義相對(duì)論[8]。1974年美國天文學(xué)家Taylor和他的學(xué)生Hulse發(fā)現(xiàn)了射電脈沖雙星。之后又通過雙星高速繞轉(zhuǎn)如果產(chǎn)生引力波則會(huì)帶走能量從而使軌道衰減，并實(shí)際測到了軌道衰減率，間接地驗(yàn)證了這一雙星系統(tǒng)的引力輻射，Einstein預(yù)言的引力波第一次得到了觀測證據(jù)。2017年的雙子星并合的引力波事件GW170817更是直接的探測到了引力波，并且觀測到了其后續(xù)的電磁現(xiàn)象。它比2015年LIGO探測器觀測到的雙黑洞并合產(chǎn)生引力波多了一個(gè)電磁波段觀測的窗口，這開啟了一個(gè)多信使天文學(xué)的新紀(jì)元。1.2脈沖星的內(nèi)部和外部組成1.2.1脈沖星內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如圖1-3所示為脈沖星內(nèi)部的組成示意圖�？梢钥吹矫}沖星其核心1km主要是固態(tài)超子核，從1km-9.7km主要是超流中子流體，并含有少量的超流質(zhì)子、電子，最外層從9.7km-10.6km則主要是由自由中子和自由電子以及一些重原子核組成的固態(tài)外殼[9]。一般來說，典型脈沖星的半徑為10km，密度為4.75×1014g·cm3，質(zhì)量為1.4倍的太陽質(zhì)量，磁感應(yīng)強(qiáng)度為1012Gs。觀測到的自轉(zhuǎn)周期為1.4ms-23.5s[10–12]。脈沖星巨大的角速度和磁場是由于超新星爆發(fā)后角動(dòng)量守恒和磁通量守恒造成的。2

第1章引言圖1-3脈沖星內(nèi)部的組成[9]1.2.2脈沖星外部的磁層及其輻射自轉(zhuǎn)極快的脈沖星由于單極感應(yīng)效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的感應(yīng)電場，一方面這一極強(qiáng)感應(yīng)電場會(huì)把脈沖星的帶電粒子從星體表面拉拔出來到磁層中[13,14]。另一方面如圖1-4所示：在脈沖星磁層加速間隙內(nèi)1處的背景高能光子在強(qiáng)磁場作用下會(huì)產(chǎn)生正負(fù)電子對(duì)，并在加速電場下分別按照兩個(gè)相反的方向運(yùn)動(dòng)(形成正負(fù)電荷分離的磁層，見圖1-5)。在2處的電子又在加速電場下被加速至高能，然后高能電子在沿磁力線運(yùn)動(dòng)的過程中會(huì)通過曲率輻射產(chǎn)生高能光子，高能光子在強(qiáng)磁場作用下又在3處產(chǎn)生了正負(fù)電子對(duì)，依此類推在5處和6處等等也都是這樣。這就會(huì)最終導(dǎo)致在脈沖星磁層的加速間隙中大量的正負(fù)電子對(duì)產(chǎn)生和雪崩放電過程，并擊穿加速間隙，這種放電過程一直持續(xù)到高能光子的平均自由程與加速間隙的高度相當(dāng)。然后出射到間隙外的初級(jí)粒子最終會(huì)產(chǎn)生大量的等離子體，并在沿開放磁力線外流的過程中產(chǎn)生相干的射電輻射[13]。因此脈沖星的磁層中是充滿帶電粒子的，如圖1-5所示，由于磁凍結(jié)效應(yīng)這些帶電粒子將隨脈沖星的磁層共轉(zhuǎn)。但由于不能超過光速，共轉(zhuǎn)只能延伸到一定的半徑范圍內(nèi)，即一般認(rèn)為的光速圓柱半徑Rlc=c，c為光速，為脈沖星的角速度。光速圓柱把磁層分為閉合磁力區(qū)和開放磁力區(qū)，閉合磁力區(qū)為最后一根閉合磁力線包圍的區(qū)域，開放磁力區(qū)(也可稱極冠區(qū))為最后一根開放磁力線包圍的區(qū)域，由于引力相對(duì)于電磁力太小可忽略不計(jì)，這里只考慮洛倫磁力。在閉合磁力區(qū)帶電粒子隨磁層共轉(zhuǎn)并處于靜電平衡的狀態(tài)，屬于靜態(tài)磁層，所受的洛倫磁力為0：E+×rc×B=0,(1-1)其中E為電場，B為磁常計(jì)算得到靜電平衡狀態(tài)下閉合磁力區(qū)的電荷密度為：3

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Pulsar braking:magnetodipole vs.wind[J]. Hao Tong.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2016(01)
[2]Braking PSR J1734–3333 with a possible fall-back disk[J]. Xiong-Wei Liu,Ren-Xin Xu,Guo-Jun Qiao,Jin-Lin Han,Hao Tong.  Research in Astronomy and Astrophysics. 2014(01)
[3]An Annular Gap Acceleration Model for γ-ray Emission of Pulsars[J]. Ke-Jia Lee.  Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics. 2007(04)

碩士論文
[1]毫秒脈沖星輪廓寬度隨頻率演化的研究[D]. 陳綺惠.廣州大學(xué) 2019
[2]脈沖星模式變換的分類研究[D]. 張顏榮.廣州大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3588369