澳门新葡8455最新网站新疆天文台在脉冲星磁层研究方面取得进展,4631的研究获进展

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中国科学院新疆天文台研究生区子维在导师指导下,开展了对中子星磁层理论方面的研究,相关研究成果发表于英国《皇家天文学会月刊》(MNRAS,2016,457,3922)。

近日,中国科学院新疆天文台脉冲星团组副研究员高志福及合作者在脉冲星的理论研究工作中,对高制动指数脉冲星PSR
J1640-4631的自转演化和磁场演化进行了研究。相关研究成果发表在《天体物理学杂志》上。

脉冲星是自转减慢的一类致密天体。对于其自转参数如周期,周期导数等的测量有助于理解其自转演化规律,而制动指数更是理解该过程的关键。传统磁偶极理论所给出的制动指数值为3。但是观测所得的8颗脉冲星的制动指数、222颗脉冲星及15颗磁星的频率二阶导数,均与传统磁偶极制动理论产生矛盾。

脉冲星PSR
J1640-4631是首颗在X-射线波段观测到高制动指数脉冲星,制动指数值n=3.15,与超新星遗迹成协,高光度的旋转动能损失提供脉冲星星风云的TeV量级的高能γ-ray辐射。研究人员结合磁偶极辐射和偶极磁场衰减模型解释PSR
J1640-4631高值制动指数。通过引入平均旋转动能转换系数,即总的高能光子能量与总旋转能量损失的比值,结合脉冲星的观测与可靠的核物质状态方程,估算出这颗脉冲星的初始自转周期,P0~17-44毫秒,实际年龄t~2900-3100年,较高的制动指数归因于长期的偶极磁场衰变。经过~105-106年偶极磁场衰变,这颗脉冲星在P-Pdot图上最终走向死亡线。

星风制动模型是解决脉冲星和磁星制动的模型之一。该模型认为脉冲星和磁星的制动是由磁偶极辐射和粒子星风外流所共同造成的。在此基础上,该研究工作考虑了中子星辐射和自转行为之间的关联性,提出了磁层对中子星能量损失所起的作用。磁层的涨落导致星风的变化,从而影响频率二阶导数的值。文中以两种涨落形式,即周期涨落和随机涨落为例,证实其具有相似的形式。另外,磁星的涨落幅度比正常脉冲星要大。

澳门新葡8455最新网站,该研究首次在国际上提出耦合的中子星磁场演化-自转演化模型,该耦合模型不仅可以解释高制动指数脉冲星,也普遍地适用于PSR
J1734-3333等低制动指数脉冲星。

该工作统一地解释了通常脉冲星制动指数和频率二阶导数,以及通常脉冲星和磁星的频率二阶导数。

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偶极磁场衰变主导下的脉冲星PSR
J1640−4631的长期自转演化。红色实线、绿色实线、黑色点线和蓝色实线分别表示初始自转周期P0=17,26,34和44毫秒。红色实心圆表示PSR
J1640−4631的P和Pdot 的观测值

具有已测量制动指数的脉冲星、已测量频率二阶导数的脉冲星和磁星在周期 –
周期导数图上的分布。

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具有已测量制动指数的8颗脉冲星在周期 – 周期导数图上的长期自转演化。

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具有已测量频率二阶导数的脉冲星和磁星的频率二阶导数与频率一阶导数的关系。图中直线为模型给出值。