中子星内中子超流涡旋及其天文效应涡丝核心(正常中子流体)中子超流体彭秋和(南京大学天文系)目录I.脉冲星(高速旋转的中子星)基本的观测性质II.有关凝聚态(超流与超导)的物理预备知识III.我们的有关研究背景IV.磁星超强磁场的物理本质─各向异性中子超流体3P2中子Cooper对的顺磁磁化现象V.强磁场下电子气体的Fermi能同磁场强度的相关性VI.磁星的活动性与高X-射线光度VII.年轻脉冲星Glitch的物理本质:3P2中子超流体的相震荡模型I.脉冲星(高速旋转的中子星)基本的观测性质中子星的预言和脉冲星的发现•1932年,Chadwick发现中子•1932年,Landau预言中子星(卢瑟福回忆录)•1934年Baade&Zwicky正式提出中子星观念,并且作了天才的预言恒星死亡→超新星爆发→中子星超新星爆发→高能宇宙线的产生1967年Bell(导师Hewish)意外地发现射电脉冲星1968年Gold指出:脉冲星就是高速旋转的中子星1983年发现毫秒脉冲星(基本都是双星系统内)射电脉冲•射电波段上发现•观测到的脉冲很复杂(由于地球运动影响,脉冲到达时间上出现频率色散)•各个单个脉冲彼此变化、不同。但多次射电脉冲平均后的脉冲轮廓非常稳定•脉冲周期非常稳定(10-12)周期(P)Interpulse(中介脉冲)~P/10pulse1054超新星遗迹---蟹状星云(Crab)及其脉冲星(PSR0531)射电脉冲星脉冲星的磁层光速园柱面开放磁力线辐射束r=c/ΩB封闭磁层中子星M=1.4MSunR=10kmB=108to1013GaussΩ中子星(脉冲星)性质概要质量≈(0.2-2.5)M⊙半径≈(10-20)km自转周期P≈1.4ms–8s(己发现的范围)中子星大气层厚度≈10cm表面磁场:1010-1013Gauss(绝大多数脉冲星)磁星:1014-1015Gauss表面温度:105-106K—非脉冲(软)x射线热辐射脉冲星同超新星遗迹成协(?)发现10个脉冲星的空间运动速度:高速运动。大多数:V≈(200–500)km/s;5个:V>1000km/s通常恒星(包括产生中子星的前身星):20-50km/s中子星强磁场和磁星超强磁场的物理原因中子星的初始本底磁场:通过超新星核心坍缩过程中，由于磁通量守恒:2RBconst问题:1)大多数中子星观测到的1011-1013高斯的强磁场的物理原因?2)磁星(1014-1015gauss)的物理本质?3)磁星高X-射线光度?4)磁星的活动性(Flare&Burst)?(0)1210BGauss→(B(0)为中子星的初始本底磁场)。天文观测表明:（除AP星以外)上半主序星表面磁场低于太阳型恒星的表面磁场(它由光球下面有表层对流区),低于1-10gauss。通过坍缩难以获得通常中子星(1011-1013)gauss的磁场强度与磁星(1014-1015)gauss的磁场强度。难以利用脉冲星自转能的损失率来解释其很高的X-射线光度。sec/)1010(3634ergLx年轻脉冲星的Glitch现象:(非常规则缓慢增长的)脉冲周期(P)突然变短现象1061010~•脉冲周期平稳地增长背景上偶然地脉冲周期会突然变短(周期变化幅度为10-6-10-10),随后较之前更迅速地变慢，持续直到恢复过去的周期增长率。这种现象称为Glitch现象。迄今已发现约72个脉冲星出现Glitch现象(共约210次),至少有9个脉冲星的Glitch幅度超过1.0×10-6。PRSVela:36年出现11次Glitch,其中9次Glitch的幅度超过1.0×10-6;PSRCrab:36年出现19次Glitch,幅度超过1.0×10-6的仅1次;PSR1737-30呈现9次Glitch,它的最大幅度仅达到0.7×10-6。此外，还发现更多脉冲星呈现微Glitch现象(周期变短幅度低于10-12)glitchPt321010~P/1高速中子星•脉冲星诞生于超新星爆发的中心•高速脉冲星v=800–1000km/s!前身星(大质量主序星):v≈(20–50)km/s•为什么?•不对称的爆发或发射(辐射或中微子)导致非常巨大的“kick.”高速脉冲星的直接观测证据由于脉冲星相对于Guitar星云(超音速)运动而形成的弓形激波V>1000km/sec(Cordes,RomaniandLundgren1993)GuitarNebula–copyrightJ.M.CordesGuitarPSRB2224+65GuitarPSRB2224+6594颗脉冲(单)星的空间速度V(km/s)脉冲星数所占百分比>100713/4>3003638%>5001415%>100055%脉冲星空间速度方向同它的旋转轴共线至少对CrabandVelaPSR(Lai,ChernoffandCordes(20001))Crab星云脉冲星II.有关凝聚态(超流与超导)的物理预备知识中子星内部物理环境核心(1km)3P2((各向异牲各向异牲))中子超流涡旋区中子超流涡旋区11SS00((各向同...
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