间歇性脉冲星制动指数和状态互换机制的研究

发布时间：2017-03-27 21:13

  本文关键词：间歇性脉冲星制动指数和状态互换机制的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：间歇脉冲星的发现对脉冲星自转减慢机制、磁层结构以及辐射机制等问题的研究带来了相当的机遇和挑战。本文主要从间歇脉冲星的辐射特点和自转减慢特征出发,研究它的开状态(即可以观测射电辐射)和关状态(即观测不到辐射)的制动指数,以及这两个状态之间的互换特征。下面简单地介绍主要研究工作。在脉冲星星风制动模型的基础上,第二章给出了一个简单而有用的预测间歇脉冲星制动指数的方法。制动指数的研究对了解脉冲星转动能损耗和自转减慢机制具有很重要的意义。测量制动指数需要测量脉冲星周期、周期一阶和二阶导数。在它们当中,周期二阶导数的准确测量很容易被脉冲到达时间噪声和未知(或未解决)的Glitch(即脉冲星自转频率的突变现象)干扰。对于间歇脉冲星,它的开和关状态的不确定互换对测量制动指数带来了很大的不便,并导致了制动指数测量的失败。不过,在开和关状态中测出来的不同的周期一阶导数提供了预测间歇脉冲星制动指数的可能性。作为所提出方法的应用,在极冠半径变化、电荷密度变化和它们俩的共同变化等三种不同的情况下,我们将计算三颗间歇脉冲星(PSR B1931+24、PSR J1841-050、PSR J1832+0029)和一颗极端消零脉冲星(PSR B0823+26)的制动指数。计算结果显示,我们所得到的几乎全部制动指数都在实际观测范围内,而且也符合这些脉冲星转动能损耗特征和自转减慢率特征。这一结果支持了所提出方法的可行性,并指出了只用开和关状态自转减慢率来预测间歇脉冲星制动指数的可能性。脉冲星制动指数(第一制动指数)是重要的,而它的第二制动指数也是重要的。第二制动指数,除了周期二阶导数外,还需要测量周期三阶导数；可是,测量间歇脉冲星第一制动指数失败的情况下,目前我们无法去测量它的第二制动指数。不过,在理论上研究第二制动指数还是有一定的价值。在第三章,通过推广第二章给出的计算第一制动指数的方法,将提出计算第二制动指数的方法。我们同样使用开和关状态的周期一阶导数来计算出四颗脉冲星的第二制动指数。在计算当中,跟前面类似,我们讨论了不同的三种情况,即脉冲星极冠半径变化、电荷密度变化和它俩的混合贡献。计算结果显示,算出来的第二制动指数也是在合理的范围内,并且符合四颗脉冲星转动能损耗以及自转减慢特征。另外,通过我们的方法得出来的第二制动指数与脉冲星自转减慢律所预测(脉冲星自转减慢律给出m=n(2n-1),n是第一制动指数,m第二制动指数)的结果几乎相同。这些结果表明计算第一和第二制动指数的方法是自洽的。这指出我们的结果和方法在研究间歇脉冲星制动指数问题上有潜在的应用价值。虽然脉冲星星风制动模型可以解释间歇脉冲星开和关状态的不同自转减慢率,但不能解释开和关状态互换的本质。因为它没有包含与脉冲星辐射密切相关的带电粒子加速。一般在脉冲星射电辐射机制研究中,要是在脉冲星磁层不考虑带点粒子加速机制,我们很难回答与辐射相关的很多问题。为了与实际观测相符,在第四章,开状态中考虑真空间隙加速机制来解释间歇脉冲星辐射特点和自转减慢特征。我们将把开和关状态的不同自转减慢率归因于开状态的真空加速机制所导致的强烈相对论粒子流。这样,开和关状态之间的转动能损耗率差异等于开状态间隙中加速粒子流带走的能流。假设加速粒子流电荷密度等于Goldreich-Julian (ρGJ)电荷密度的条件下,研究了四颗脉冲星间隙参数。计算结果显示,得到的间隙电压,对应的间隙高度和磁力线曲率半径几乎都满足脉冲星极冠模型,而且也正好符合那些脉冲星的辐射特征和它们在P-P图中的分布。这不仅表明所用方法和结果的合理性,而且也指出加速粒子流电荷密度可以具有ρGJ的可能性。通过把算出来的间隙电压及其高度跟它们在极冠模型中所允许的最大值比较,我们解释了间歇脉冲星的状态互换特征。
【关键词】：脉冲星 间歇脉冲星 制动指数 辐射机制
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P145.6
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 引言13-37
• 1.1 中子星14-17
• 1.2 从中子星到脉冲星17-22
• 1.2.1 脉冲星分类17-22
• 1.3 脉冲星的诞生性质：自转周期和磁场22-23
• 1.4 脉冲星转动能损失23-25
• 1.4.1 旋转磁偶极制动模型24-25
• 1.5 脉冲星基本导出量25-27
• 1.5.1 自转减慢功率25-26
• 1.5.2 表面磁场强度26
• 1.5.3 脉冲星制动指数(第一制动指数)26-27
• 1.5.4 脉冲星特征年龄27
• 1.6 脉冲星磁层27-32
• 1.6.1 真空偶极磁场的不稳定性28-30
• 1.6.2 磁层共转无力作用模型中的电荷分布30
• 1.6.3 脉冲星磁层无力作用模型中的磁偶极辐射30-31
• 1.6.4 脉冲星光柱半径,极冠角及其它的半径31-32
• 1.7 脉冲星间隙模型和脉冲星辐射32-34
• 1.8 本文主要研究点和创新点34-37
• 第二章 间歇脉冲星和消零脉冲星的制动指数37-49
• 2.1 引言37-39
• 2.2 计算第一制动指数的方法39-43
• 2.3 数据描述43-44
• 2.4 结果与分析44-48
• 2.5 结论48-49
• 第三章 间歇脉冲星和消零脉冲星的第二制动指数49-65
• 3.1 引言49-51
• 3.2 计算第二制动指数的方法51-55
• 3.3 结果与分析55-63
• 3.4 结论63-65
• 第四章 间歇脉冲星的开和关状态互换机制65-81
• 4.1 引言65-67
• 4.2 真空间隙加速机制的应用67-71
• 4.3 开和关状态互换机制的分析71-74
• 4.4 讨论74-79
• 4.5 结论79-81
• 第五章 总结与展望81-85
• 附录A 脉冲星星风制动模型85-89
• 参考文献89-99
• 博士期间发表论文列表99-101
• 致谢101

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