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超强磁场下中子星壳层的电导率和磁星环向磁场欧姆衰变

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物理学报 2019年第18期68卷 19-37页

作者：陈建玲王辉贾焕玉马紫微李永宏谭俊运城学院物理与电子工程系运城044000 西南交通大学物理科学与技术学院成都610031 运城学院数学与信息技术学院运城044000

磁星是指主要由磁场提供辐射能量的一类脉冲星.部分宁静状态下的磁星X射线有热起源,对应的温度kT为0.2—0.6keV(1eV=1.602×10^–19J),这比转动供能的脉冲星的典型温度值高很多,并且可以用黑体谱来拟合.对磁星的观测和理论研究是当前脉... 详细信息

磁星是指主要由磁场提供辐射能量的一类脉冲星.部分宁静状态下的磁星X射线有热起源,对应的温度kT为0.2—0.6keV(1eV=1.602×10^–19J),这比转动供能的脉冲星的典型温度值高很多,并且可以用黑体谱来拟合.对磁星的观测和理论研究是当前脉冲星领域一个重要的热点.结合物态方程,本文首先计算了在超强磁场下壳层的电导率;从统计上研究了由于环向磁场衰变,磁场能释放率与磁星软X射线光度之间的关系.通过分类和数值拟合,所得到的新的拟合公式能较好地反映磁星软X射线光度和旋转能损率之间的关系.研究发现,对于绝大多数高X射线光度的磁星,环向磁场欧姆衰变足够提供其观测的软X射线辐射;对于低X射线光度的暂变磁星,其软X射线辐射可能来源于旋转能损率、磁层流或粒子星风.随着对磁星理论和观测研究的深入,本文模型也会得到进一步的改进,理论结果将更好地符合磁星的软X射线观测.

关键词：超强磁场磁星欧姆衰变光度

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基于准粒子模型的原生磁星研究

物理学报 2022年第22期71卷 66-75页

作者：王谊农初鹏程姜瑶瑶庞晓迪王圣博李培新青岛理工大学理学院青岛266033

研究了奇异夸克物质在零温、有限温度、强磁场下基于准粒子模型的热力学性质.结果说明夸克物质的对称能会随着准粒子模型的耦合常数增加而增加,对称能越大夸克物质的物态方程就越硬;结果还表明温度场与磁场对奇异夸克物质的每核子能量... 详细信息

研究了奇异夸克物质在零温、有限温度、强磁场下基于准粒子模型的热力学性质.结果说明夸克物质的对称能会随着准粒子模型的耦合常数增加而增加,对称能越大夸克物质的物态方程就越硬;结果还表明温度场与磁场对奇异夸克物质的每核子能量、每核子自由能、各向异性压强都有较大影响.通过对原生磁星的计算,发现原生磁星的最大质量和核心温度不仅受到原生星演化过程中的加热过程影响,还与磁星内部磁场强度与磁场方向的分布密切相关.随后考虑了磁星内部径向、横向磁场混合的情况,发现磁星最大质量会随着磁场方向与径向的夹角变化.本文所做工作对于理解有限温度、强磁场下奇异夸克物质的同位旋效应和热力学性质以及致密星体物理中的原生磁星的性质具有一定的推进作用,为接下来寻找磁星内部的真实磁场分布提供了前期理论基础.

关键词：夸克物质夸克星磁星原生星

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磁星的观测特性和理论模型

天文学进展 2018年第3期36卷 251-270页

作者：姚广瑞闫振黄磊余聪沈志强中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院大学北京100049 中国科学院射电天文重点实验室上海200030 中山大学物理与天文学院广州519082

磁星(magnetar)是一类有着极强磁场的致密天体,它们的外部磁场强度是典型中子星磁场强度的100～1 000倍。在过去几十年中,软γ射线复现源(SGR)和反常X射线脉冲星(AXP)被认为是最有可能的磁星候选者。磁星有着独特的能谱性质和光变特征,... 详细信息

磁星(magnetar)是一类有着极强磁场的致密天体,它们的外部磁场强度是典型中子星磁场强度的100～1 000倍。在过去几十年中,软γ射线复现源(SGR)和反常X射线脉冲星(AXP)被认为是最有可能的磁星候选者。磁星有着独特的能谱性质和光变特征,它的观测现象丰富多彩,其观测波段跨越了射电、红外、光学、X射线和γ射线等。近些年来,多种理论模型也相继被提出来,以解释其独特的性质。以正常脉冲星为例,介绍了磁星与通常中子星的不同性质,详述了磁星在多波段的能谱、光变及周期跃变现象等观测特性,总结了为解释磁星的特殊性质而建立起来的多种理论模型,并详述了中子星框架下的扭曲磁层模型。此外还介绍了其他候选模型。

关键词：磁星 SGR AXP 巨型闪耀扭曲磁层模型

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磁星外壳层核素的电子俘获的研究

天文学报 2014年第4期55卷 273-278页

作者：曹彪杜军西华师范大学物理与电子信息学院南充637009

利用朗道能级量子化近似和核壳层模型,研究了超强磁场对^(53,54,55)Fe的电子俘获的影响.结果表明在超强磁场下的电子俘获率比在弱场近似下的电子俘获率增加了约2个数量级.在弱场近似和磁场为B=4.414×10^(15)Gs条件下计算了每个核素的... 详细信息

利用朗道能级量子化近似和核壳层模型,研究了超强磁场对^(53,54,55)Fe的电子俘获的影响.结果表明在超强磁场下的电子俘获率比在弱场近似下的电子俘获率增加了约2个数量级.在弱场近似和磁场为B=4.414×10^(15)Gs条件下计算了每个核素的电子丰度变化率和总的电子丰度变化率,它们一般相差3个量级以上.这些结论对将来的磁星演化的研究起到重要的作用.

关键词：恒星磁星恒星演化恒星磁场恒星内部方法数值

磁星能量注入模型拟合伽玛射线暴X射线余辉光变曲线

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天文学报 2011年第4期52卷 288-296页

作者：胡方浩南京大学天文系南京210093 中国科学院紫金山天文台南京210008

某些伽玛射线暴（简称伽玛暴）的中心致密天体可能是一颗具有强磁场的毫秒脉冲星，它通过磁偶极辐射可对伽玛暴外激波注入能量，从而导致早期余辉光变曲线的变平．近年来，从Swift卫星观测到的大量伽玛暴x射线余辉中发现，很多x射线余... 详细信息

某些伽玛射线暴（简称伽玛暴）的中心致密天体可能是一颗具有强磁场的毫秒脉冲星，它通过磁偶极辐射可对伽玛暴外激波注入能量，从而导致早期余辉光变曲线的变平．近年来，从Swift卫星观测到的大量伽玛暴x射线余辉中发现，很多x射线余辉光变曲线在暴后10^2-10^4S期间的确存在明显的变平现象．利用周期为毫秒量级的磁星能量注入模型对11个伽玛暴的x射线余辉光变曲线进行了拟合，显示该模型在解释余辉变平现象上的有效性和广泛性，通过对余辉光变曲线的拟合，同时也给出了相关中心磁星的磁场强度和旋转周期．

关键词：伽玛射线暴普通恒星磁星辐射机制非热方法数值

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探测磁星的爆发

中国科学：物理学、力学、天文学 2018年第3期48卷 90-94页

作者：王仲翔徐仁新李向东邢祎中国科学院上海天文台上海200030 北京大学物理学院北京100871 南京大学天文与空间科学学院南京210000

磁星作为高能天体物理研究热点源之一,是一类具有超强磁场、并且在X射线和软伽玛射线能段较活跃的中子星.使用爱因斯坦探针卫星(Einstein Probe,EP)全天监测,我们预期能通过探测磁星的X射线爆发现象而至少在EP运行3年期间发现3颗新磁星... 详细信息

磁星作为高能天体物理研究热点源之一,是一类具有超强磁场、并且在X射线和软伽玛射线能段较活跃的中子星.使用爱因斯坦探针卫星(Einstein Probe,EP)全天监测,我们预期能通过探测磁星的X射线爆发现象而至少在EP运行3年期间发现3颗新磁星,并同时监测已知23颗磁星的可能活动.EP的全天监测结果将帮助估算磁星的数目、理解恒星演化和超新星爆发.根据EP的监测,还可以及时开展多波段观测,研究磁星的辐射机制和背后的物理特性与过程.另外,EP也能监测其他类中子星可能的突变活动,帮助理解此类现象的物理本质.

关键词：磁星爆发 X射线

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毫秒磁星作为伽玛射线暴中心引擎的研究

天文学报 2017年第3期58卷 125-126页

作者：王灵俊南京大学天文与空间科学学院南京210023

伽玛暴是一种短时标的高能光子爆发现象．通常把持续时间短于-28的暴称为短暴，长于-2s的暴称为长暴．大量观测已经证实，长暴起源于大质量恒星的塌缩，因而与超新星成协．短暴最可能的起源是致密双星并合．目前，伽玛暴研究的一个核心... 详细信息

伽玛暴是一种短时标的高能光子爆发现象．通常把持续时间短于-28的暴称为短暴，长于-2s的暴称为长暴．大量观测已经证实，长暴起源于大质量恒星的塌缩，因而与超新星成协．短暴最可能的起源是致密双星并合．目前，伽玛暴研究的一个核心问题是确定其中心引擎究竟为黑洞还是中子星．本文第1章详细阐述了相关进展．

关键词：伽玛射线暴引擎磁星毫秒大质量恒星持续时间爆发现象高能光子

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磁星引擎对于伽马暴成协超新星的影响

磁星引擎对于伽马暴成协超新星的影响

作者：张震东华中师范大学

学位级别：硕士

伽马射线暴(简称伽玛暴),作为宇宙中最高能的现象之一,表现为天空中某一方向伽马射线强度突然增强随后迅速减弱的现象,于1967年被美国Vela卫星第一发现。这几十年来,随着伽马射线暴多波段余辉的发现,Swift和Fermi等卫星的升空,人们对于... 详细信息

伽马射线暴(简称伽玛暴),作为宇宙中最高能的现象之一,表现为天空中某一方向伽马射线强度突然增强随后迅速减弱的现象,于1967年被美国Vela卫星第一发现。这几十年来,随着伽马射线暴多波段余辉的发现,Swift和Fermi等卫星的升空,人们对于这一事件的研究也愈发的深入。然而迄今为止,对于这些事件爆发的起源却仍然没有一个确定的答案。人们认为这一类事件中应该存在着中心引擎的作用,这可能是一颗黑洞或是一颗强磁场的中子星(也称磁星)。而伽马射线暴余辉阶段中“平台”,X射线耀发等信号的存在,为伽马射线暴事件中存在磁星中心引擎提供了证据。人们认为时标较长的伽马暴(简称长伽马暴)产生于大质量恒星的塌缩。在这一类事件中将会发生另一种剧烈的爆发现象:核坍缩超新星。这些发现和长伽马暴成协的超新星就称为与伽马暴成协的超新星。相较于普通的核坍缩超新星,它们通常具有更大的动能,而从统计上,这些超新星也具有更高的光度。对这一类超新星开展研究,可以从另一个角度,更加细致地来研究这些事件爆发的过程。在本文中,我们建立了一磁星驱动的激波突破模型,利用SN 2006aj/GRB060218的多波段观测数据,研究了磁星引擎对于伽马暴成协超新星辐射的影响。具体的,SN 2006aj事件的光变曲线具有显著的紫外-光学双峰特征,通过对该双峰光变曲线的拟合,我们发现该事件的第一个峰可以被磁星星风驱动的激波突破辐射很好地解释,而超新星的主峰也部分由磁星产生的能量注入供能。本文限制出该磁星的磁场强度～10G,和从长伽马暴事件的余辉中推断的结果一致。另外,本文还提出,在考虑一些特别的假设的情况下,该超新星光变晚期的紫外超出可能来自脉冲星风云的非热辐射。本文的研究表明来自磁星的中心引擎的能量注入可以解释GRB-SNe的特殊性质,并进一步印证这些事件和超亮超新星存在着可能的联系。本文的研究结果对于理解伽马射线暴及其成协超新星爆发的物理过程提供了一些线索。

关键词：伽马射线暴磁星超新星

磁星驱动的伽玛暴喷流特性及相关X射线偏振探测技术研究

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磁星驱动的伽玛暴喷流特性及相关X射线偏振探测技术研究

作者：谢文锦广西大学

学位级别：硕士

伽玛射线暴（伽玛暴,GRB）产生于大质量恒星坍缩或者致密天体并合形成的极端相对论性喷流,是研究致密天体诞生（中子星和黑洞）、相对论激波、宇宙恒星形成演化等极端物理现象的天文实验室。伴随着引力波的探测发现,伽玛暴的研究进入多... 详细信息

伽玛射线暴（伽玛暴,GRB）产生于大质量恒星坍缩或者致密天体并合形成的极端相对论性喷流,是研究致密天体诞生（中子星和黑洞）、相对论激波、宇宙恒星形成演化等极端物理现象的天文实验室。伴随着引力波的探测发现,伽玛暴的研究进入多信使时代,偏振探测技术的发展把伽玛暴研究从光谱、光变拓展到偏振的新维度。广西大学联合中科院和国内高校,提出了中国空间站软X射线偏振仪（SXP）项目,旨在利用新型的软X射线气体探测器探测伽玛暴的偏振。偏振探测技术的研究是SXP设计的基础,伽玛暴喷流特性的探究可为SXP观测方案可行性提供科学依据。本人在攻读硕士学位期间,全面参加SXP项目相关的科学研究和探测技术研究。本文第一章综述伽玛暴的科学研究进展,第二章简介与伽玛暴观测相关的国际国内卫星计划项目,重点介绍SXP项目的科学目标和研制进展。随后第三、四、五章分别介绍我们的研究成果。在第三章,我们研究新生磁星驱动喷流的特性。与引力波暴成协的GRB 170817A喷流结构是结构化喷流,而且其中心引擎可能是磁星。受此启发,我们推测新生磁星驱动的伽玛射线暴喷流和磁偶极辐射星风可能也是结构化的。Swift卫星观测到大量伽玛暴早期X射线余辉具有平台的特征,一般认为这可能是新生磁星磁偶极辐射所致。我们提出假设:这些伽玛暴起源于新生磁星驱动的准普适性喷流,X射线平台是磁星自转变慢时的磁偶极辐射产生,观测到不同伽玛暴及其X射线平台的光度差异可能是由于视角效应造成。如果这样的准普适性喷流参数化为一个均匀高光度核区、环绕光度随角度增大而指数衰减的包层结构,我们用蒙特卡洛方法证实当核区光度为logLc,j/erg/s=52.68-0.33+0.76、张角为θc,j=2.10°-1.28°+1.90°（置信度为50%）和包层结构光度衰减指数为kj=4.00-0.37+0.27（1σ置信水平）时,观测的红移、光度分布可以很好重现。在此基础上,我们计算得到本地伽玛暴爆发率为ρ0=9.6 Gpc-3yr-1。类似地,新生磁星偶极辐射星风的X射线光度函数可以用拐折幂律函数描述,基于我们的蒙特卡罗模拟确定的到的最佳参数集是{β1,β2,logLb,w}={0.78,2.22,48.51}。在进一步假设星风与相对论伽玛暴喷流同轴的情况下,发现星风的结构化参数与伽玛暴喷流相似:logLc,w/erg/s=48.38-0.48+0.30;θc,W=2.65°-1.19°+1.73.°;kw=4.57-0.75+1.21（1σ置信水平）。我们分析了未来爱因斯坦探针卫星（EP）在软X射线波段测量伽玛暴喷流和磁偶极辐射星风的可能结果。在第四章,我们研究SXP测量伽玛暴X射线辐射偏振的可能性。偏振测量对理解伽玛暴中心引擎、喷流结构和辐射物理具有重要意义。SXP项目的科学目标是测量伽玛暴及X射线耀发、X射线平台的偏振信息。我们系统分析Swift卫星自2004年发射以来的观测数据,收集了 76个明亮伽玛暴,及1 17个具有X射线平台的伽玛暴数据。这为SXP的探测器设计和空间模拟提供了观测样本。基于该样本,我们开展SXP对这些明亮X射线辐射偏振测量的预研。我们发现在Swift卫星预警触发的条件下,不考虑实际的探测器空间运行环境,在理想状态下SXP每年可观测伽玛暴X射线MDP＜10%的个数约为2个,MDP＜20%的个数约为6个。每年估计可能监测到总能流大于10-6 erg cm-2的X射线平台约7个,综合看,SXP每年可探测到MDP小于25.5%的伽玛暴X射线平台个数约为7个,我们的研究为SXP技术指标优化提供了科学依据。在第五章,我们研究SXP关键探测技术。SXP对X射线偏振测量的核心技术是厚型气体电子倍增器（THGEM）。我们在THGEM气体探测器中分别通入不同成分和不同比例的工作气体后去测量55Fe X射线源,以研究THGEM探测器在不同工作气体条件下的增益和能量分辨率。所采用的气体包括 Ar/CO2,Ar/CF4,Ar/C4H10,Ne/DME,Ne/CF4。THGEM 探测器在不同混合气体下的实验结果表明,在Ar/C4H10（95%/5%）的气体条件下,THGEM探测器的增益可达7×103。Ar/C4H10作为工作气体时,THGEM探测器所需工作电压较低,增益高,能量分辨相对较好。基于此成功研制的SXP原型机获得了高质量的电子径迹。

关键词：伽玛暴磁星相对论喷流光度函数 X射线偏振探测技术