脉冲星及其星云高能物理过程研究

发布时间：2017-12-15 08:23

  本文关键词：脉冲星及其星云高能物理过程研究

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【摘要】：脉冲星是快速转动的强磁化中子星。由于其特殊且极端的物理条件,在天文学和物理学上均具有重要的研究价值。在本论文中,我首先对脉冲星及脉冲星云的基本知识及高能辐射理论进行了简要介绍,在此基础上,介绍我们所开展的脉冲星和脉冲星云的高能物理特性的研究工作,包括脉冲星非真空外间隙(outergap)中的一维电场结构、年轻脉冲星的弥散中微子辐射、毫秒脉冲星的高能辐射以及脉冲星风云的高能辐射。研究的主要内容如下： 1.我们考虑了外间隙中对垂直场线(trans-field)高度的物理限制,研究了非真空外间隙的一维电场结构。在外间隙中,存在沿磁场线的平行电场分量,电子／正电子被该电场加速到相对论性能量从而通过曲率辐射产生伽玛射线光子,这些伽玛射线光子与周围的X射线光子碰撞产生正负电子对,维持了外间隙的稳定存在。我们求解了准直磁转子情形下径向(longitudinal)电场的结构,研究表明当脉冲星取合适的参数时外间隙可延伸到光柱半径(RL=c/Ω)处； 2.我们研究了银河系中年青脉冲星的高能弥散中微子辐射。如果磁矩与转动轴反平行(μ·Ω0),年青脉冲星能够加速质子到相对论性能量,这些在极冠间隙中被加速的粒子与来自中子星表面冷却产生的热X射线光子散射可能产生π+介子,其衰变产生高能中微子。利用LinkBurgio(2005,2006)所提出的模型,我们利用蒙特卡罗方法模拟产生了一批可能的中微子脉冲星样本,估计了年青脉冲星可能的弥散中微子能谱,并与活动星系核及伽玛射线暴的预言结果进行了比较； 3.利用考虑了磁倾角和磁场几何效应的外间隙模型,我们研究了毫秒脉冲星(MSPs)的高能辐射特性。在这一模型中,中子星表面存在强多极场,X射线由从外间隙回流的粒子产生,包括一非热幂率成分和两热成分。X射线光子在外间隙中与高能伽玛射线光子产生正负电子对。我们通过电子对产生条件估计了MSPs的外间隙大小,研究了位于球状星团47Tuc内MSPs和该球状星团之外毫秒脉冲星的脉冲X射线光度(LX,pul)与脉冲星转动光度(Lsd)之间的关系,发现两类脉冲星具有不同的光度特性。应用该模型估计了MSPs的平均伽玛射线流量。Fermi LAT上天之后探测到了40多颗伽玛射线MSPs,我们开展了这些天体高能辐射特性的研究,假定脉冲星的高能辐射可以用平均距离r处的辐射来表示,加速区的电场采用高斯分布来近似,利用间隙中心场线的几何,我们给出了伽玛射线MSPs位相平均能谱,研究了高能辐射特性。 4.利用简化的含时注入模型,我们研究了脉冲星风云(PWNe)的多波段非热辐射。在我们的模型中,相对论性粒子包括两种成分,分别为来自脉冲星磁层和在PWNe中被激波加速的粒子。随时间演化的粒子能谱是具有不同谱指数的分段幂率谱,折断能量为Eb。加速粒子通过同步辐射和逆康普顿散射过程产生观测到的多波段能谱。我们把该模型应用到了三颗脉冲星云,即Crab nebula.MSH15-52中的星云(?)口HESS J1825-137,对多波段能谱进行了合理解释。结果表明(i)Crab星云从射电到中能伽玛射线的辐射由同步辐射产生,而TeV伽玛射线光子由相对论电子与同步辐射光子之间的逆康普顿过程产生；(ii)来自于MSH15-52和HESS J1825-137的TeV辐射主要由相对论电子与红外光子之间的逆康普顿过程产生。
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P145.6

【共引文献】

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本文编号：1291293