PDF《脉冲星是中子星还是奇异星 ①》

1986 年,Haensel 为 首的欧洲研究小组和 Alcock 为首的 MIT( 美国麻省 理工学院) 研究小组分别研究了奇异星的若干性 质,讨论了观测到的脉冲星是奇异星( 而非中子星) 的可能性 . 目前一个非常有趣的课题是 , 如何在大 量观测资料的基础上论证脉冲星是中子星还是奇 异星( 见本文第

4 部分) .哪怕能确认一颗脉冲星是 奇异星 , 也将对粒子物理学和天体物理学产生深远 的影响 ;

因为奇异星的存在与否将直接涉及到我们 对强作用的认识 , 而强作用是当今了解最欠缺的一 种基本相互作用 . 脉冲星因如下特点而受到物理学家和天体物 理学家的高度重视和特别青睐 . ( 1) 强引力场 .如果 将脉冲星的半径缩小约

3 倍,它就会成为黑洞 ;

因 此要正确地描述其周围的引力场必须考虑广义相 对论效应 .事实上 , 双脉冲星系统已成功地用于检 验强引力场中的广义相对论 ⑥ , 间接证明了引力波 的存在 .( 2) 强电磁场 .大多数脉冲星具有

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2 高斯 的磁场 ;

由于旋转 , 单极感应效应能导致其表面附 近存在

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1 V/ cm 的电场 .如此强的电磁场使得实验 室物理学家望尘莫及 , 却为理论物理学家研究强电 磁场中的若干量子电动力学过程提供了 用武之 地 .( 3) 具有极端的强作用和弱作用 .脉冲星的平 均密度大于

1014 g/ cm3 , 其核心密度甚至超过核物质 密度( ρ n = 2. 8*1014 g/ cm3 ) 3倍.如此高密度下物质 的性质要依赖于粒子之间的强作用 . 因此 , 对脉冲 星的观测和理论研究可望有助于了解某些未知的 强作用物理过程 .无论脉冲星是中子星还是奇异 星,其内部物质弱作用中微子发射过程对于超新星 爆发和脉冲星的冷却都具有重要意义 .可见 , 脉冲 星是极其罕见的集自然界四大基本相互作用 ( 引力、电磁 、强 、弱) 于一身的极端物理条件下的 天然 实验室 .另外 , 脉冲星也是低温物理的 实验室 . 观测到的脉冲星温度一般都低于其内部粒子的费 米温度 , 并且在有些区域低于超导 ( 超流)临界温 度 .某些脉冲星观测现象( 如 周期突跳 ) 直接反映 了脉冲星内部的超导 ( 超流)相 .还需值得一提的 是,射电脉冲星脉冲信号的准确周期性 、 非常窄的 脉冲宽度以及 100%的脉冲调制度使得某些精确测 量成为可能 ⑦ . 二 、中子星模型 中子星内部大部分区域的密度高于核物质密 度 .尽管目前在实验室内还没有生产出如此致密的 物质 , 我们还是可以利用已有的核物理和粒子物理 的实验数据在理论上推测它的若干特性 .中子物质 的状态方程 [ 3] 可以通过计算给定重子数物质的单位 重子极小能量而得到 , 它在计算中子星的结构时起 关键作用 . 通过求解状态方程和相对论引力平衡方程 ( 又称 TOV 方程 ) , 我们就可以得到中子星的结构 了.计算发现中子星存在极限质量 ( 称为 Oppen- heimer 质量) , 约为 1.

4 倍太阳质量 , 相应的半径约

10 公里 . 为使中子星处于稳定的平衡状态 , 中子星 内部的密度随深度的增加而递增 .中子星的表面边 界条件可取成压力为零 , 以满足星际间的压力平 ④ 本文以脉冲星( 包括射电脉冲星和 X 射线脉冲星) 为例来讨论这类天体的特性及相关问题 .不过, 所有的讨论都可以推广到 X 射线爆 发源 、软γ射线重复爆发源 、反常 X 射线脉冲星 , 等等 .⑤ 这有点类似于我们关于 恒星 的认识 . 天体是否运动并非恒星的本质 .⑥ Hulse 和Taylor 因这方面的工作而荣获