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脉冲星、脉冲星风云以及壳型超新星遗迹都是银河系内重要的高能辐射源。超新星爆炸后可产生脉冲星。脉冲星磁层中具有很强的磁场，粒子在磁层中被加速并发射从射电一直到高能伽玛射线段的辐射。同时脉冲星不断将能量以高能粒子及磁流的方式注入到周围超新星抛射物质中，被注入的粒子被束缚在一定空间内并形成脉冲星风云。另一方面，超新星爆炸后抛出的物质以很高的速度在星际空间中运行并在一定的位置处形成激波。带电粒子可被激波加速到相对论性能量并通过各种辐射过程产生多波段的光子辐射，形成壳层超新星遗迹。本论文对脉冲星、脉冲星风云以及超新星遗迹的高能辐射性质进行理论研究。
脉冲星及其风云系统中通常存在脉冲的和非脉冲的高能辐射。脉冲的高能辐射来自于脉冲星的磁层中，而非脉冲的部分来自脉冲星风云。我们对脉冲星开展了磁层中高能光子的发射机制以及脉冲的高能辐射特性（光变曲线以及能谱）的研究。首先，基于内间隙图景，我们使用蒙特卡罗方法数值模拟了由曲率辐射光子引导的全电磁级联过程，获得了次级粒子的能量分布以及高能辐射谱特征。主要结论是，由于高能光子可与磁场相互作用湮灭为正负电子对，导致内间隙模型中产生的高能辐射谱在高能端会有很快的截断。目前FermiLAT对脉冲星观测到的辐射谱在高能端的截断往往较为缓慢，而且内间隙模型不能很好地解释观测到的光变曲线特征，这说明来自脉冲星的高能辐射很有可能来自于磁球层中较高的位置。所以，基于两极聚光模型，我们进一步研究脉冲星的高能光变曲线性质。通过与观测的比较，我们提出了修正的两极聚光模型。在该模型中，高能光子不能在那些零电荷面很高的磁力线上产生，修正后的模型可以更好地解释观测到的高能光变曲线性质。
脉冲星风云是目前所有被证认的银河系甚高能伽玛射线源中最多的一类，我们开展了脉冲星风云动力学演化特征及其高能辐射性质的研究。脉冲星吹出相对论性星风，在星风末端形成相对论的终端激波，并将高能粒子和磁流注入到周围超新星抛射物质当中，形成脉冲星风云。基于一维球对称动力学模型，我们研究了脉冲星风云的动力学及多波段非热辐射的演化性质。数值模拟结果显示相对论性激波在下游区的加速粒子谱具有相对论性Maxwellian加高能幂律谱的形式，所以在模型中我们采用了新的粒子注入谱形式，研究了脉冲星风云在其整个演化过程中的多波段非热辐射特征。我们将该模型应用到G0.9+0.1,MSH15—52，G338.3-0.0，HESS J1813-278以及Crab星云，结果表明该模型可以很好地产生前四个源的脉冲星风云的多波段辐射谱，但不能产生Crab星云的射电辐射谱，对它必须加入新的射电电子成分才能解释其观测到的射电辐射谱特征。
壳型超新星遗迹不仅是重要的高能辐射源，同时也被广泛地认为是银河系内宇宙线粒子的起源地。我们系统地研究了壳型超新星遗迹的高能辐射特性。首先，基于简化的粒子注入含时演化模型，研究了超新星遗迹的多波段非热辐射性质，我们的一个重要结果是在年老的壳型超新星遗迹中，质子—质子（p—p）相互作用中产生的次级电子/正电子对来自遗迹的非热辐射具有重要贡献。在此模型的基础上，我们提出了与邻近的稠密分子云相互作用的模型并应用于一典型的壳型超新星遗迹IC443,模型计算结果可以解释该遗迹的观测到的多波段辐射谱性质。其次，基于非线性扩散激波加速的稳态模型，我们研究了壳型超新星遗迹的多波段非热辐射，并将模型应用于观测到甚高能伽玛射线的三个超新星遗迹，RX J1713.7—3946，Rx J0852.0—4622，以及RCW86上，仔细研究了它们的甚高能辐射的起源性质。最后，利用非线性扩散激波加速稳态模型，我们研究了壳型超新星遗迹与稠密分子云相互作用系统的非热辐射性质，并应用所提出的模型研究年老的超新星遗迹W51C的高能GeV伽玛射线辐射性质。结果显示观测到的高能伽玛射线辐射可解释为来自于与分子云作用具有低马赫数的壳层部分，通过p—p相互作用产生。