论文部分内容阅读
脉冲星是宇宙中非常奇妙的天体，是天文学领域最主要的观测对象之一。它囊括了自然界的四大基本相互作用，物理学几乎所有的领域都可以在它身上大显身手，包括从其诞生、内部结构到磁层的脉冲辐射。脉冲星物理最重要的两大部分就是对其内部结构和脉冲辐射机制的研究!这也是本论文所研究的两大部分。 目前主流的看法认为脉冲星正常的中子星，不过也有人认为它是夸克星。脉冲星到底是中子星还是夸克星，无论在物理学上，还是在天体物理学上，都具有极其重要的意义。如何在观测上区分中子星和夸克星对于天体物理学而言，是一个巨大的挑战。尽管已有一些科学家提出了多种关于区分中子星和夸克星的方案(如测孤立热中子星的黑体谱、测原子谱线等)，但还未找到最干净(最清晰)、非模型依赖、又可以直接观测的办法来鉴别中子星和夸克星。本论文第一部分的重点是讨论白矮星的吸积诱发塌缩所形成夸克星的形成机制，以及观测新生致密星的可能性(包括自转周期、辐射参数以及寿命等关键问题)。与之比较，我们还研究了通过吸积加速过程这一途径所产生的中子星或夸克星可以达到的最短自转周期。我们研究发现：中子星和夸克星最显著的差别就是二者最小自转周期极为不同。如果将来观测到一颗自转周期小于0.5ms的脉冲星，则可断言此脉冲星一定是夸克星，而非中子星。 本论文另一部分主要研究脉冲星的高能脉冲辐射。虽然人们已经积累了脉冲星全波段的很多观测资料，但其脉冲辐射特别是高能辐射的起源至今也没有被完全理解。特别是Fermi卫星目前为止发现了将近七十颗伽玛射线脉冲星(其中有近三十颗具有伽玛射线辐射的毫秒脉冲星)，这为开展有关研究提供了难得的机遇和挑战。在第三章中，我们重点强调了环间隙的概念以及用环间隙模型模拟计算了Fermi观测到的年轻脉冲星(Crab、Vela和Geminga)和毫秒脉冲星(PSRJ0030+0451，PSR，J0218+4232，PSR，J0437-4715)的伽玛射线脉冲轮廓，我们的结果体现出了大部分的观测特征，并且给出了辐射区的几何部位和物理环境。为了表明环间隙模型的优势(即环间隙对于一些短周期的脉冲星起作用)，我们发展了此模型并应用于Vela脉冲星。Vela脉冲星是最亮的伽玛射线持续周期性源，并代表着一类特殊的伽玛射线脉冲星。Fermi的观测表明Vela脉冲星的伽玛射线脉冲轮廓有间距为0.42的两个尖锐峰(P1和P2)以及在桥部位的第三个峰(P3)，P3的相位和强度依赖于光子的能量。在第四章中，我们使用三维环间隙和核间隙模型第一次从物理角度和数值模拟两方面自洽的研究了Vela脉冲星伽玛射线波段的脉冲轮廓、射电相位超前、相位平均谱和相位分离谱。我们的模型较好地模拟出多波段的观测特征(特别是对于P3)；模拟结果表明P1和P2来源于环区的零电荷面附近，而P3和桥辐射则来源于核区。P3在不同伽玛射线波段的强度和相位是取决于其在核区的辐射高度。我们还分析了射电峰的相位超前问题(射电峰比P1超前的相位为0.13)，射电辐射应该产生于比伽玛射线辐射位置更高的环间隙中的狭窄区域。环间隙中的加速电场分布在很大的范围内，直到接近非共转的光速圆柱附近才消失。我们用初级粒子的同步-曲率辐射(synchro-curvatureradiation)计算了Vela脉冲星的相位平均谱和P1、P2及P3(P3有两种谱)的相位分离谱，计算结果在1-10GeV波段内与观测相符合，这说明脉冲星在GeV波段的辐射机制主要为曲率辐射。在第五章中，这里只是简单列出了Crab脉冲星伽玛射线波段脉冲轮廓的模拟结果，所用的方法跟第四章的类似。最后我们对全文进行了总结，并展望了将来可能开展的工作。