毫秒脉冲星及

P12)
1/ P ~ 106 1010
Baidu Nhomakorabea
glitch t
~
102
103
高速中子星
• 脉冲星诞生于超新星爆发的中心 • 高速脉冲星
v = 800 – 1000 km/s! 前身星(大质量主序星):
v ≈ (20 – 50) km/s • 为什么? • 不对称的爆发或发射(辐射或中微子)导致非
常巨大的 “kick.”
高速脉冲星的直接观测证据
Guitar PSR B2224+65 由于脉冲星相对于 Guitar星云 (超音速)运动 而形成的弓形激波 V > 1000 km/sec
(Cordes, Romani and Lundgren 1993)
Guitar Nebula – copyright J.M. Cordes
大多数: V ≈(200 –500)km/s ; 5个: V >1000km/s 通常恒星(包括产生中子星的前身星): 20-50 km/s
中子星强磁场和磁星超强磁场的物理原因
中子星的初始本底磁场: 通过超新星核心坍缩过程中，由于磁通量守恒:
R2B const → B(0) 1012 Gauss
超新星爆发 →高能宇宙线的产生 1967年Bell (导师Hewish)意外地发现射电脉冲星 1968年Gold指出:脉冲星就是高速旋转的中子星 1983年发现毫秒脉冲星(基本都是双星系统内)
射电脉冲
• 射电波段上发现 • 观测到的脉冲很复杂(由于地球运动影响,脉冲到达时间上出现频率色散) • 各个单个脉冲彼此变化、不同。但多次射电脉冲平均后的脉冲轮廓非常稳定 • 脉冲周期非常稳定(10-12)
3P2 中子超流体 <B相 A相> 的相震荡模型
I.脉冲星 (高速旋转的中子星)
基本的观测性质
中子星的预言和脉冲星的发现
• 1932年,Chadwick发现中子 • 1932年, Landau 预言中子星(卢瑟福回忆录) • 1934年Baade & Zwicky正式提出中子星观念,
并且作了天才的预言 恒星死亡 → 超新星爆发 → 中子星
2) 磁星(1014-1015 gauss)的物理本质? 3) 磁星高X-射线光度?
4) 磁星的活动性 (Flare &Burst)? Lx (1034 1036 )erg / sec
难以利用脉冲星自转能的损失率来解释其很高的X-射线光度。
年轻脉冲星的Glitch现象:
(非常规则缓慢增长的)脉冲周期 (P) 突然变短现象
• 脉冲周期平稳地增长背景上偶然地脉冲周期会突然变短(周期变 化幅度为10-6-10-10), 随后较之前更迅速地变慢，持续直到恢复 过去的周期增长率。这种现象称为Glitch现象。
迄今已发现约72个脉冲星出现Glitch现象(共约210次),至少有9 个脉冲星的Glitch幅度超过1.0×10-6。
周期(P)
pulse
~P/10
Interpulse (中介脉冲)
1054超新星遗迹
---蟹状星云(Crab)
及其脉冲星(PSR0531)
射电脉冲星
脉 冲 星 的 磁 层
辐射束
Ω
开放磁力 线
B
r=c/Ω
光速园柱面 封闭磁层
中子星
M = 1.4 MSun R= 10 km B = 10 8 to 10 13 Gauss
94颗脉冲(单)星的空间速度
V (km/s)
脉冲星数 所占百分比
> 100
71
> 300
36
> 500
14
> 1000
5
3/4 38% 15% 5%
脉冲星空间速度方向同它的旋转轴共线
至少对Crab and Vela PSR (Lai, Chernoff and Cordes(20001))
Crab 星云 脉冲星
中子星(脉冲星)性质概要
质量 ≈ (0.2-2.5)M⊙ 半径 ≈ (10-20) km 自转周期 P ≈ 1.4 ms – 8s (己发现的范围) 中子星大气层厚度 ≈ 10 cm 表面磁场: 1010-1013 Gauss (绝大多数脉冲星) 磁星: 1014-1015 Gauss 表面温度:105-106K— 非脉冲(软)x射线热辐射 脉冲星同超新星遗迹成协(?) 发现10个 脉冲星的空间运动速度: 高速运动。
PRS Vela : 36年出现11次 Glitch ,其中9次Glitch的幅度超过 1.0×10-6;
PSR Crab: 36年出现19次Glitch,幅度超过1.0×10-6的仅1次;
PSR 1737-30 呈现9次Glitch,它的最大幅度仅达到0.7×10-6。
此外，还发现更多脉冲星呈现微Glitch现象(周期变短幅度低于10-
II. 有关凝聚态 (超流与超导)
的
物理预备知识
中子星内部物理环境
中子星内部结构: 中子超流涡旋运动
= (g/cm3) 1011 107 104
5×1014
1014
核心 (1km)
夸克物质 ???
3P2(各向异牲)
中子超流涡旋区
1S0 (各向同性)
中子超流涡旋区
(5-8)% 质子 ( II 型超导体?) (正常)电子Fermi气体
内壳
超富中 子核、 晶体、 自由电 子
电子气体为超相对论简并(非超导) 中子(质子)气体为非相对论简并
外壳 (重金属晶体)
中子星内部物理学: 凝聚态物理+核物理+粒子物理
中子星壳层:中子数目远远高出质子数目的丰中子重原子核组成的 晶格点阵。原子核的质量(结合能)公式对壳层的组分与结构起着决 定性作用。 中子星内部物理环境: ρ ρnuc =2.8×1014 g/cm3 T 5×108 K
目录
I. 脉冲星(高速旋转的中子星)基本的观测性质 II.有关凝聚态(超流与超导)的物理预备知识 III. 我们的有关研究背景 IV. 磁星超强磁场的物理本质 ─
各向异性中子超流体3P2中子Cooper对的顺磁磁化现象 V. 强磁场下电子气体的Fermi能同磁场强度的相关性 VI. 磁星的活动性与高X-射线光度 VII. 年轻脉冲星Glitch的物理本质:
(B(0)为中子星的初始本底磁场)。天文观测表明:（除AP星以外)上半 主序星表面磁场低于太阳型恒星的表面磁场(它由光球下面有表层对 流区),低于1-10 gauss。通过坍缩难以获得通常中子星(1011-1013) gauss的磁场强度与磁星(1014-1015) gauss的磁场强度。
问题:1)大多数中子星观测到的1011-1013高斯的强磁场的物理原因?