脉冲星磁层中带电粒子能损机制的研究

论文摘要

脉冲星是中等质量的恒星演化到晚期经过超新星爆发后遗留下的致密天体.它具有很强的磁场,并快速旋转,且周期稳定,正因为此我们能接收到它所发出的周期性脉冲信号。本文关注的是脉冲星磁层中带电粒子的能损机制,主要探讨了带电粒子同步辐射过程中投射角随时间的演化关系及其应用,分析了共振逆康普顿散射机制对粒子能谱的影响。本论文的主要内容如下:第一章简单介绍了脉冲星的研究历史,当今脉冲星研究的前沿课题,以及本课题的意义。第二章综述了射电脉冲星的观测特征,相关参量及射电辐射的经验模型和理论模型,其中以极冠区加速模型为重点。第三章依据相对论性电子速度分解,电子随动坐标系和实验室参照系的速度变换,导出并计算了同步辐射能损引起的电子投射角随电子运动路程的演化,并以此为基础计算了洛仑兹因子、同步辐射功率和特征频率的演化。结果表明在较强磁场条件下投射角通常迅速衰减,趋向于零,由此导致同步辐射功率远低于投射角恒定假设下的同步辐射功率。由于同步辐射对强磁场下极端相对论电子更为有效,因此会导致内、外加速区出射粒子流能谱分布的差异。典型的脉冲星表面温度为～10~5K,共振逆康普顿散射被证明是强磁场下次级粒子能损的主要机制。第四章以极冠区加速模型为基础,从理论上计算了次级粒子外流过程中,共振逆康普顿散射所造成的粒子能谱随高度的演化。我们修正了Lyubarskii和Petrova(LP00)在2000年同类工作中的计算错误,结果肯定了粒子能谱分布通常将变为高能和低能两个峰,粒子主要集中于低能段,但低能段电子数比重远高于LP00的结果。除了计算了Arons型初始能谱分布的演化,我们还计算了基于曲率光子引发级联过程所产生的一种简化次级粒子能谱,演化的最终能谱分布也表现为双峰形式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 脉冲星的研究历史
• 1.3 本论文的选题依据及其意义
• 2 脉冲星的基本观测特性和辐射理论模型
• 2.1 引言
• 2.2 脉冲星的主要观测特征
• 2.2.1 累积脉冲轮廓及其随时间和频率的演化
• 2.2.2 子脉冲，巨脉冲和零脉冲
• 2.2.3 谱的性质
• 2.3 脉冲星的主要的参量
• 2.4 脉冲星的磁层结构及加速区模型
• 2.4.1 GJ静态磁层的结构
• 2.4.2 磁层中的加速区模型
• 2.4.3 强磁场中的辐射机制
• 2.4.4 射电辐射模型
• 2.5 本章小结
• 3 同步辐射过程中投射角的演化
• 3.1 引言
• 3.2 匀强磁场条件下的投射角演化
• 3.3 同步辐射功率、洛仑兹因子、特征频率的演化
• 3.4 在脉冲星磁层辐射中的应用
• 3.4.1 内外加速区出射粒子流能谱分布的差别
• 3.4.2 冷却效应带来的同步辐射谱的影响
• 3.5 本章小结
• 4 共振逆康普顿散射对次级粒子能谱分布的影响
• 4.1 引言
• 4.2 脉冲星磁层中共振逆康普顿散射的物理图像
• 4.3 共振逆康普顿散射对于电子能谱分布的影响
• 4.3.1 次级电子Arons能谱分布的演化
• 4.3.2 曲率光子级联过程导致的次级电子初始分布函数及其演化
• 4.4 本章小结
• 5 本论文总结
• Bibliography
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢
• 附录1 计算脉冲星次级电子系在产生的初始时刻的能谱分布函数的程序MATLAB编写
• 附录2 计算电子系的辐射能谱在RICS机制作用下随时间的演化的程序MATLAB编写