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2014(理论)致密天体物理进展

中子星内部由亚核物质构成,但其状态方程和组分不能确定。在中子星高密环境下,普通核物质可能相变为夸克物质,多年的探索认为,中子星内退禁闭相变很可能是两守恒荷的一级相变,其相变发生在一个较宽的密度区域,形成非等亚一级相变。人们希望通过脉冲星的观测找到相变特征,但传统利用状态方程的些微差异几乎难以捕捉相变信号。我们证明这种相变是一种耗散相变,分析了相变的耗散动力学和相关热力学,可以给出相变过程单位重子耗散能释放,如果应用于中子星热演化,可能给出明显的相变观测特征。

脉冲星辐射束模型主要有2个,核双锥模型和斑点辐射束模型,但这两种模型都没考虑辐射束几何结构的物理起源,我们尝试建立更物理的辐射模型,即考虑从加速区产生的相对论性电子流在磁层中的辐射强度分布是怎样的。为此,我们建立了数字计算程序,可以计算不同粒子分布假设下的磁层辐射束结构。当我们在进行脉冲星磁层辐射进行数值计算时,在结果中观察到一种辐射束强度分布,受到启发,建立了一种新的射电辐射束模型—fan beam 模型,并找到了很强的观测证据。模型物理思想如是,从脉冲星极冠表面的内加速区产生的相对论性电子流,沿磁流管外流,同时产生辐射。假设辐射是宽频的,一个磁流管产生的子辐射束将在天球上形成一个亮带,越靠近磁轴方向,亮带越窄,越远离磁轴则越宽。整个极冠区有若干个分离的放电区,产生的电子流沿各自不同的磁流管外流,那么整个辐射束就由若干个亮带构成,形状像很多叶片组成的电风扇。另一个特点是,由于磁流管向外越来越开放,导致电子密度越来越低,所以亮带中越远离磁轴的区域,亮度越低,具有临边昏暗的特点。

磁星是一类特殊的中子星,它们的极强磁场起源困扰着人们。发电及机制是可能的磁场放大模型。我们讨论了一种新生的快速旋转中子星磁发电机模型:快速旋转中子星产生引力波辐射并导致r-模不稳定性致中子星较差转动,极向磁场扭曲、放大环向磁场,又由于大的环向磁场形成Tayler不稳定性,使其放大极向磁场。我们计算发现,新生中子星可在100~1000s内将偶极场放大到10^15高斯,达到极强磁星的要求。

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