PDF《反常 X 射线脉冲星可能的高能辐射》

云南 大学 学报 ( 自然 科学 版) , 2005,

27 (6): 492~

498 CN 53- 1045/ N ISSN 0258-

7971 Journal of Yunnan University 反常 X 射线脉冲星可能的高能辐射 王建国, 姜泽军 ( 云南大学 物理系, 云南 昆明 650091) 摘要: 利用新的外间隙模型研究了反常 X 射线脉冲星可能的高能辐射.

在该模型中, 考虑了磁场几何效应 对高能辐射的影响, 同时利用平均半径 r 处的外间隙大小表示外间隙的特征大小, r 是磁倾角 的函数. 这 样外间隙大小可以表示为 f ( P, B , r ( )) , 它是周期 P, 磁场 B 和平均距离 r 的函数. 利用该模型计算了反 常X射线脉冲星的 射线的光度和流量, 并与以前的计算结果进行比较, 分析了考虑磁场几何效应所产生的 结果. 最后利用该模型计算了几颗典型反常 X 射线脉冲星( 如: 4U 0142+

615 ( AXP 0142+ 615) , 1E 1841- 045, PSR J1809- 1943) 可能的高能辐射. 关键词: 反常 X 射线脉冲星;

外间隙模型;

高能辐射 中图分类号: P 145.

6 文献标识码: A 文章编号: 0258- 7971( 2005) 06- 0492-

07 在X射线天文卫星( BeppoSAX) 和X射线时 变探测器( the Rossi X- ray Timing Observatory) 投 入使用之前, 反常 X 射线脉冲星( AXPs) 一直是一 种令人们困惑的天体, 因为它的周期较长, 自转变 慢产生的能量不足以提供其 X 射线辐射的能量. 并且, 一些反常 X 射线脉冲星和超新星遗迹联系 在一起, 这表明他们是年轻的天体. 此外, 已知的反 常X 射线脉冲星都位于银面

1 之内. 概括起来说, 反常 X 射线脉冲星的性质有以下几点[ 1] : 脉冲 周期间隔较短( 6~

12 s) ;

非常软的 X 射线谱, 可 看成是光子谱指数为 3~

4 的幂率谱和温度 0. 4~ 0.

6 keV 的黑体谱的叠加;

相对低而稳定 的X 射线光度(

1028 ~

1029 W) ;

相对稳定的自 转周期演化, 伴随长期的自转变慢的趋势;

没有 大质量伴星. 解释反常 X 射线脉冲星的主流模型 是吸聚中子星模型, X 射线辐射的能源是低质量 X 射线双星吸聚[ 2] 或通过化石盘吸聚[ 3] . 这种吸聚 模型的性质和已建立的主体吸聚模型很不同, 甚至 可以没有大质量伴星[ 2] . 后来, 反常 X 射线脉冲星 被认为是具有超高磁场的中子星[ 4] 或是 Thorne- Zytkow 遗迹 [ 5] . 现在, 越来越多的证据表明反常 X 射线脉冲 星是孤立的具有超高磁场的中子星[ 6] , 它的磁偶 极场高达

10 10 ~

10 11 T, 磁场的衰减为它的 X 射线 辐射提供了能源. 如此高的磁场使得具有电子回旋 加速能量的光子能产生正负电子对. 由于它的超高 磁场, 高能 射线不可能产生于极冠区. 但是, 在远 离脉冲星表面的地方, 如外间隙, 可以产生高能 射线, 因为这些地方的磁场已经降至量子极限值以 下. 因此, 高能 射线谱是鉴别磁中子星的简单方 法[ 7] . 在外间隙模型中, 高能 射线的产生条件是要 有合适的周期- 磁场联系. 例如, 电压要足够的高 才能产生足够多的正负电子对来维持电子加速区. 如果外间隙中电子对的产生由恒星表面的热辐射 光子占主导作用, 那么, 高能 射线流量和谱就要 依赖于中子星表面温度[ 8] .

1 新外间隙模型 X 射线和 射线碰撞产生正负电子对, 沿着 E B 0的磁场线存在巨大的电场, 正负电子对被 这电场加速到极端相对论能量, 这些高能电子对又 收稿日期:2005- 08-

18 基金项目: 云南大学理( 工) 校级基金资助项目( 2003Q031C) . 作者简介: 王建国( 1982- ) , 男, 河南人, 硕士生, 主要从事高能天体物理方面的研究. 通讯作者: 姜泽军( 1977- ) , 男, 云南人, 讲师,主要从事高能天体物理方面的研究. 会在磁场中辐射出大量高能光子, 每对正负电子对 可以产生约