r模不稳定性下的中子星研究：磁场演化和热演化

发布时间：2019-02-17 13:37

【摘要】：新生中子星中存在许多不稳定性,其中非常重要的一种就是r模不稳定性。实际上在一个任意转动的理想流体中子星内,引力波辐射会驱动所谓的Chandrasekhar-Friedman-Schutz(CFS)不稳定性,从而导致流体作准环形扰动,即r模扰动。反过来r模扰动的增强又可增强引力波辐射,r模不稳定性就是由这种正反馈导致的。r模本质上是一种与转动相关的,在科里奥利作用下产生的不稳定模式。但r模扰动幅度(即r模幅度)并不会随着引力波辐射无限制的增长。事实上,r模的增长会受到非线性效应的抑制。其中,对r模幅度展开到二阶可发现r模导致的较差旋转可自动使模的幅度达到饱和。更重要的是较差旋转还可使中子星内的原初极向种子磁场扭曲,形成并放大环向磁场。然而极强的环向磁场是不稳定的,在Tayler不稳定性的作用下,环向磁场可部分转化为新的极向磁场,而极向磁场可延伸到星体表面与增强的偶极磁场相连。我们结合二阶r模引起的较差旋转对环向场的放大作用和Tayler不稳定性提出了一种新的伽玛暴及极亮超新星的中心毫秒磁星的形成机制。我们发现随着环向磁场的增强,新生中子星内部的Alfven频率不断增大。与此同时,星体由于r模引力波辐射转动减慢,最后达到Tayler不稳定性发生的条件。结果显示对初始种子极向磁场为1011G的新生中子星,当它演化到～102-3s时其内部可形成高达～1017G的环向磁场,而此时星体的表面偶极磁场可达～1015G,前提是中子星的初始周期应在1.7ms以内。伴随着磁场的放大,中子星由于r模引力波辐射和环向磁场导致的非轴对称形变的引力波辐射而自转减慢,在磁星形成后的几百秒到几千秒时其周期增大到～5ms。中子星足够致密时其内核还可能由奇异夸克物质组成。更特殊地,完全由夸克物质构成的奇异星也可能存在。但关于奇异星中夸克物质所处的状态依然值得讨论。一般认为夸克物质在低密时处于正常相,极致密时可处于色味锁定(CFL)相。不过在奇异星内密度是否足够高以致于所有的夸克物质都处于CFL相呢?我们结合r模和转动演化研究了正常相奇异星和CFL相奇异星的热演化,以此为依据探索CFL相的奇异星是否存在。我们在热演化方程中考虑了r模耗散加热和奇异星壳层的退禁闭相变加热。需要强调的是由于导致r模饱和的机制非常复杂,第二个工作中仅考虑了一阶r模并手动给定饱和幅度。此外,由于磁场形成对r模的抑制作用,在第二个工作中未考虑r模导致的磁场演化。结果显示正常相奇异星的热演化与不考虑任何加热的结果相差不大,但CFL相奇异星却表现出不同寻常的热演化特征。其一,在它诞生后的100年里,表面温度演化曲线出现了大鼓包；其二,在它诞生后的104-6年时其表面温度出现了急剧的下降,10年间约降低了7%。然而,迄今为止这两个特征都未得到脉冲星热辐射观测的证实。因此,我们通过这种热演化检验法证明CFL相奇异星可能确实不存在,与Madsen根据转动检验法得到的结论是一致的。
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【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P145.6

【参考文献】