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脉冲星的辐射机理.docx


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脉冲星的辐射机理.docx属于非热辐射。辐射区很小,辐射光度与太阳的光度差不多,而辐射能密度要比太阳的能密度高出十几个数量级。脉冲星的射电辐射是幕律谱和高度线偏振少数脉冲星还有光学X射线和7射线的脉冲辐射,帀且也都是幕律谱。脉冲星的这种非热辐射是由高能带电粒子在磁场中作加速运动所产生的。脉冲星的高能带电粒子是怎样来的?非热辐射又是怎样产生的呢?脉冲星的磁层和光速圆柱脉冲星有没有大气层?地球有大气层,太阳也有大气层,中子星有没有大气层呢?发现脉冲星以前,人们曾推测中子星周围没有大气层存在。地球和太阳表面的重力加速度分别是918厘米圧少2和270米刖2,而中子星表面的重力加速度则高达10吆米刖2,比太阳的高出近10个数量级。引力把大气拉向中子星,大气的热运动则使大气分子各处乱跑。如果引力势能远比热运动动能大,则大气将被压缩到表面附近的一薄层中。如果引力势能远比热运动动能小,则大气将跑光跑尽。只有当大气的引力势能和热运动动能相当时,才有稳定的大气层存在。我们不妨亲自计算一下,在离中子星表面高度为〃的地方,质量为加的大气具有的引力势能为E(E=必”.⑷己其中G为引力常数,/?。热运动动能是Ek(Ek=\\5kT,k是波兹曼常数,卩是中子星表面的温度,取为T=\06K)。当满足E=氏的条件时才有稳定的大气层,由这个条件可以求出大气层的高度乩对于中性氢大气,只有1厘米的高度,对于电子也只有10米。这样看来中子星几乎没有大气层,周围只能处于真空状态。出人总料的是,在发现脉冲星以后的进一步研究证明这种看法是错误的。因为他们没有把引力和电磁极强的电场•将把带电粒子从星体表面拉出来,在脉星周围形成一个磁层。以脉冲星PSR0531+21为其自转角频率©=200,磁场B=1012®斯冲子星半R=皿米,计算得到的电磁力比引力要大109倍,引变得微不足道。图①为当今流行磁层模型。&为速圆柱半径,+和-代表正负电荷。由于磁层中的处的磁场及方向不同,各处感应电场的方向和大小都不一样。。在磁轴和自转轴反平的情况下•磁轴附近是正电荷区•磁赤道区附近是负荷区。其分界线是与磁轴的夹角0等于seLI加勺方,在该处电荷密度为零/是辐射区的半张角。磁层范围有多大?磁层和中子星共转,磁层中处的角速度均相同,但线速度却有非常大的差别,离子星表面越远的地方,其线速度越大,随距离的增加①中的&为光速圆柱半径。光速圆柱半径由自转周期决定,和周期成正比。自转周期越短,光速圆柱半径越小。例如,脉冲星PSR0531+21的周期为33臺秒,光速圆柱半径约为1500千米,而毫秒脉冲星PSR1937+21的周期是116毫秒,光速圆柱半径只有80千米。可见脉冲星的磁层只局限在中子星周围不大的空间中。事实上,所有自转的星体都有光速圆柱,但由于自转很慢,光速圆柱特别大,没有实际意义。以太阳为例,太阳自转-•圈大约要27天,其自转周期比蟹状星云脉冲星约长了7>407倍,因此太阳的光速圆柱半径大约是I千亿千米。太阳系最外的冥王星离太阳只有60万千米,太阳的光速圆柱半径远远超出太阳系之外。观测到的脉冲星射电光学X射线和丁射线辐射都是在脉冲星磁层中发生的。脉冲星磁层与辐射区却位粒子加速区辐射和传播等一系列重要问题有矢成为脉冲星观测和理论研究的

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  • 时间2020-08-11