PDF《毫秒脉冲星的高能辐射》

云南 大学 学报 ( 自然 科学 版) , 2005,

27 (6): 480~

484 CN 53- 1045/ N ISSN 0258-

7971 Journal of Yunnan University 毫秒脉冲星的高能辐射 方军, 戴本忠 ( 云南大学 物理系 云南天体物理中心, 云南 昆明 650091) 摘要: 根据自恰毫秒脉冲星磁层外隙模型讨论毫秒脉冲星的高能辐射机制.

其中 X 射线由

2 个热成分和

1 个幂律成分组成, 射线由外隙粒子同步- 曲率辐射产生. 在此基础上, 理论计算了

11 颗X射线波段及其他39 颗在射电波段观测到的毫秒脉冲星, 所得理论与观测符合较好, 表明该模型能较好地解释毫秒脉冲星的高能辐 射机制. 关键词: 毫秒脉冲星;

高能辐射;

X 射线 中图分类号: P 145.

6 文献标识码: A 文章编号: 0258- 7971( 2005) 06- 0480-

05 早在第

1 颗脉冲星发现前

30 多年间, 理论物 理学家就对中子星做了大量的理论研究. 第1颗脉 冲星被发现后不久, 即被证认为是具有强磁场、 高 速旋转的中子星. 随着探测水平的不断发展, 使得 越来越多的脉冲星被观测到, 其中包括上百颗毫秒 脉冲星, 使脉冲星的研究取得了一系列进展. 但由 于脉冲星物理条件极端, 而且不同脉冲星其辐射机 制可能差异很大, 使得在脉冲星辐射机制的研究中 还存在许多不确定成分 [ 1] . 脉冲星有着非常短而又极为稳定的周期, 普通 脉冲星脉冲周期为 秒 的量级, 而毫秒脉冲星为 毫秒 量级, 在1. 5~

10 ms 之间, 第1颗观测到的 毫秒脉冲星 B1937+ 21[ 2] , 其周期为 P = 1.

557 8 ms, 至今仍然是旋转最快的中子星. 正常脉冲星的 磁场和年龄分别约为108 T 及107 a, 而毫秒脉冲星 的磁场和年龄则分别约为

10 4 T 及10

9 a. 另一个主 要的差异在于正常脉冲星和毫秒脉冲星的轨道伴 星, 80% 的毫秒脉冲星都观测到了伴星的存在, 而 对于正常脉冲星来说, 只有不到 1% 观测到了伴 星. EGRET 对PSR J0218+

4232 的观测显示其谱 指数为 2. 6, 大于普通 射线脉冲星的 1. 5~ 2. 0. 如果对 PSR J0437- 4715( d = 0.

18 kpc) 应用普通 射线脉冲星模型, 其 射线完全可以被 EGRET 观测到, 但实际并非如此. 这些特征差异表明毫秒 脉冲星与普通脉冲星相比有着不同的性质[ 3] . 目前脉冲星高能辐射模型主要有内间隙模型 ( polar cap model) 及外间隙模型( outer gap model) . 而对毫秒脉冲星也有在相应模型基础上改进的模 型. Harding et al( 2005) 在polar cap model 基础上, 认为大多数毫秒脉冲星磁场较弱, 不能产生足够多 的e屏蔽加速电场, 这使得毫秒脉冲星极冠上方 的电子可被加速至很高的高度, 毫秒脉冲星可以更 好地将自己的转动能转化为高能辐射能量[ 4] . 本 文主要根据毫秒脉冲星磁层外间隙模型[ 5] 讨论毫 秒脉冲星的高能辐射机制, 该模型认为毫秒脉冲星 的软X 射线( 0. 1~ 2.

4 keV) 包含

3 个成分, 即2个热成分和

1 个幂律成分. 射线产生于外隙中.

1 毫秒脉冲星的高能辐射机制 根据脉冲星磁层外隙模型, 在零电荷荷面 ( B = 0) 与光速圆柱面间存在外隙. 外隙中 E B 0, 它可使e 加热至相对论性粒子. Zhang &

Cheng[ 5] 认为, 毫秒脉冲星表面具有强多极场, 其典型半径 r 为脉冲星外壳厚度量级( r l

105 cm) ,远小于普通模型中的星体偶极磁场半径. 假 设星体上方 r 处局部场与偶极场相等, 则 收稿日期:2005- 06-