脉冲星磁层的准谱法模拟和应用

发布时间：2020-12-06 02:04

　　由于脉冲星磁层是粒子加速和辐射的地点,所以真实脉冲星磁层的模拟成为了脉冲星物理中重要的研究领域之一。在本论文中,开展了脉冲星磁层模拟及其应用的研究。利用准谱法,独立编写了求解一组完整含时的麦克斯韦方程的程序,并应用于脉冲星磁层的模拟及其光变曲线的计算。主要的研究工作如下。首先开展了轴对称无力脉冲星磁层的二维模拟。在准谱算法中,电场和磁场在球坐标下分别被展开为矢量球谐函数,磁场的无散性则通过一种投影法被解析地维持。该程序可很好地再现Deutsch真空解和Michel单极解,而且可很好地描述平行转子无力磁层的含时演化。模拟表明赤道面中的电流片可被很好地分辨,且从稳态中获得的自转变慢功率与Spitkovsky(2006)给出的结果很好地一致。其次开展了具有等离子体导电率的倾斜脉冲星磁层的研究,模拟了从无限(即无力近似)到有限导电率的脉冲星磁层,并获得了从Deutsch真空极限平滑过渡到无力极限的一组阻抗解,且在无力模拟中获得了脉冲星自转变慢功率随磁倾角α的sin~2α变化关系。最后研究了阻抗磁层结构中伽马射线脉冲星的辐射方式和光变曲线,其中几何法和粒子轨迹法分别被用于产生脉冲星的伽马射线光变... 

【文章来源】：云南大学云南省 211工程院校

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 伽马射线脉冲星的观测特征
    1.1 转动中子星模型
    1.2 伽马射线脉冲星的分布
    1.3 伽马射线光变曲线的性质
    1.4 伽马射线能谱的性质
第二章 脉冲星电动力学
    2.1 真空偶极磁层
    2.2 电荷分离的磁层
    2.3 无力磁层
        2.3.1 无力的脉冲星方程
        2.3.2 无力单极解
        2.3.3 无力偶极解
        2.3.4 含时无力磁层的模拟
        2.3.5 无力模型对粒子加速的提示
    2.4 阻抗磁层
    2.5 磁层的PIC模拟
    2.6 磁层结构观测上的特征
第三章 磁层模拟的准谱法
    3.1 切比雪夫函数
        3.1.1 切比雪夫多项式的定义
        3.1.2 切比雪夫多项式的性质
        3.1.3 切比雪夫多项式展开
    3.2 矢量球谐函数
        3.2.1 连带勒让德多项式
        3.2.2 标量球谐函数的定义
        3.2.3 矢量球谐函数的定义
        3.2.4 矢量球谐函数的性质
        3.2.5 矢量场的球谐矢量展开
        3.2.6 无散度矢量场的球谐矢量展开
    3.3 麦克斯韦方程组
    3.4 求解麦克斯韦方程组的准谱算法
        3.4.1 角向的球谐矢量展开
        3.4.2 径向的切比雪夫展开
        3.4.3 磁场的无散度限制
        3.4.4 时间积分
        3.4.5 内边界条件
        3.4.6 外边界条件
        3.4.7 谱过滤
第四章 二维轴对称无力磁层的模拟
    4.1 引言
    4.2 无力电动力学
    4.3 准谱算法
    4.4 结果
        4.4.1 平行转子的Deutsch真空解
        4.4.2 无力单极解
        4.4.3 平行转子的无力解
    4.5 讨论和总结
第五章 具有宏观电导率磁层的三维模拟
    5.1 引言
    5.2 无力和阻抗电动力学
    5.3 准谱算法
    5.4 结果
        5.4.1 数值设定
        5.4.2 脉冲星的无力磁层结构
        5.4.3 脉冲星的阻抗磁层结构
    5.5 讨论和总结
第六章 阻抗磁层的伽马射线光变曲线
    6.1 引言
    6.2 真实的磁场结构
    6.3 极冠的形状
    6.4 几何法的光变曲线
    6.5 粒子轨迹法的光变曲线
        6.5.1 真实的粒子轨迹
        6.5.2 天空投影和光变曲线
    6.6 运用到Vela脉冲星
    6.7 讨论和总结
第七章 总结和展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
博士期间发表的论文
致谢



本文编号：2900512