磁星及其活動性的物理本質(zhì)

磁星及其活動性的物理本質(zhì)第一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一近年來我們探討的問題中子星的初始本底磁場:通過超新星核心坍縮過程中，由于磁通量守恒:探討的問題:大多數(shù)中子星觀測到的1011-1013高斯的強磁場的物理原因?磁星(1014-1015gauss)的物理本質(zhì)?磁星的活動性:

(B(0)為中子星的初始本底磁場)。難以獲得通常中子星(1011-1013)gauss的磁場強度。更難獲得磁星(1014-1015)gauss的磁場強度。難以利用脈沖星自轉(zhuǎn)能的損失率來解釋。第二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一我們計算發(fā)現(xiàn):中子星觀測到的1011-1013高斯的強磁場實質(zhì)上來源于中子星內(nèi)超相對論強簡并電子氣體的Pauli順磁磁矩產(chǎn)生的誘導(dǎo)磁場。中子反常磁矩電子磁矩Qiu-hePengandHaoTong,2007,ThePhysicsofStrongmagneticfieldsinneutronstars,Mon.Not.R.Astron.Soc.378,159-162(2007)第三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一磁星超強磁場的物理本質(zhì)?己經(jīng)提出的模型:Ferrario&Wickrammasinghe(2005)suggestthattheextra-strongmagneticfieldofthemagnetarsisdescendedfromtheirstellarprogenitorwithhighmagneticfieldcore.Iwazaki(2005)proposedthehugemagneticfieldofthemagnetarsissomecolorferromagnetismofquarkmatter.Vink&Kuiper(2006)suggestthatthemagnetarsoriginatefromrapidratatingproto-neutronstars.

我們計算發(fā)現(xiàn):磁星超強磁場來自在原有本底(包括電子Pauli順磁磁化)磁場下，各向異性中子超流體3P2中子Cooper對的Pauli磁化現(xiàn)象。第四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一3P2中子Cooper對的磁矩的分布3P2中子Cooper對系統(tǒng):Bose子系統(tǒng)，在低溫下都凝聚在基態(tài)(E=0)狀態(tài)。每個3P2中子Cooper對具有磁矩:

μB=2μn=1.9×10-23ergs/gauss。在外磁場作用下，磁針(磁矩)有著順磁場方向的趨勢,具有較低的能量值。即它比Z=0,1狀態(tài)有更低的能量。

第五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一順磁方向與逆磁方向排列的

3P2Cooper對數(shù)目差在(T,B)環(huán)境下,自身磁矩順磁場與逆磁場方向排列的3P2中子Cooper對數(shù)目之差為f(x)為布里淵函數(shù)第六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一處于3P2

中子Copper對的中子數(shù)所占的百分比(動量空間中)Fermi球內(nèi)、在Fermi表面附近厚度為殼層內(nèi)的中子才會結(jié)合成3P2Cooper對。它占中子總數(shù)的百分比為:EF(n)~60MeV,(3P2(n))~0.05MeV,q~8.7%

處于3P2Copper對狀態(tài)的中子總數(shù)目為:第七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一3P2中子Cooper對的誘導(dǎo)磁矩磁針順磁場與逆磁場方向排列的3P2中子Cooper對數(shù)目之差為它們引起的誘導(dǎo)磁矩為當(dāng):(高溫近似)第八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一3PF2中子超流體的總的誘導(dǎo)磁場

:中子星的磁矩同(極區(qū))磁場強度的關(guān)系:第九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一Bin-T曲線(取η=1)(未考慮相互作用)第十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一物理圖象當(dāng)中子星內(nèi)部冷卻到3P2超流體的相變溫度Tλ=2.8×108K以后,發(fā)生相變:正常Fermi狀態(tài)

3P2中子超流狀態(tài)。這時中子星磁場會發(fā)生變化,這是由于中子3P2

Copper對的磁矩在外磁場作用下會逐漸轉(zhuǎn)向順著外磁場方向排列。在溫度較高的條件下，絕大多數(shù)3P2中子Cooper對的磁矩投影指向都是混亂的,順著磁場方向排列的3P2中子Cooper對的數(shù)量略微多于逆磁場方向排列的3P2中子Cooper對的數(shù)量(數(shù)量差為ΔN1)。正是這微弱的相差，造成了3P2

中子超流體的各向異性與誘導(dǎo)磁矩。即磁星的超強磁場是由3P2

中子超流體中，偏離ESP狀態(tài)的(數(shù)量約占千分之一)

3P2中子Cooper對的誘導(dǎo)磁矩造成的(3P2中子Cooper對的中子總數(shù)只占3P2

中子超流體內(nèi)中子總數(shù)的8.7%)。第十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一中子星磁場的增長隨著在中子星冷卻的過程，它內(nèi)部的溫度下降，順著外磁場方向排列的中子3P2Copper對數(shù)量迅速(指數(shù))增長。當(dāng)溫度下降到T7<2η以后,3P2中子超流體的這種誘導(dǎo)磁矩產(chǎn)生的誘導(dǎo)磁場超過它原有的初始本底磁場(形成磁疇現(xiàn)象)。隨著中子星的進(jìn)一步冷卻,有兩個因素使得中子星磁場增長1)(百分比)愈來愈多的中子3P2Copper對的磁矩方向(在原有的初始本底磁場作用下)轉(zhuǎn)向順磁排列。增強了磁矩，因而增強了誘導(dǎo)磁場。3P2中子超流區(qū)擴大，3P2中子超流體的總質(zhì)量不斷增長(圖)隨著在原有3P2中子超流體區(qū)域(3.31014<(g/cm3)<5.21014)外側(cè)鄰近部分區(qū)域物質(zhì)溫度下降到相應(yīng)的相變溫度時，該區(qū)域物質(zhì)

正常Fermi狀態(tài)

3P2

中子超流狀態(tài),因而3P2

中子超流體區(qū)域擴大，中子星內(nèi)3P2

中子Cooper對的總磁矩會不斷地緩慢(幾乎連續(xù))增長。它產(chǎn)生的誘導(dǎo)磁場也逐漸增長。結(jié)論:它將朝著磁星方向演化。

第十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一3P2中子能隙圖(Elgag?yetal.1996,PRL,77,1428-1431)第十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一磁星的活動性第十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一第十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一UndertheultrastrongmagneticfieldTheLandauenergylevelisquantizedwhenBBcr

(Bcr=4.4141013gauss)n:quantumnumberoftheLandauenergylevel

n=0,1,2,3……Landaucolumnppz第十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一第十七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一Theoverwhelmingmajorityofneutronscongregatesinthelowestlevelsn=0orn=1,WhenTheLandaucolumnisaverylongcylinderalongthemagneticfiled,butitisverynarrow.Theradiusofitscrosssectionisp.ppz第十八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一總的能級占有狀態(tài)數(shù)第十九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一第二十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一超強磁場下的電子Fermi能第二十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一B

(1014Gauss)

b

EF

(MeV)1.02.41549.863.07.24665.635.012.07774.5710.024.15588.6815.036.23298.1420.048.309105.45第二十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一基本觀念當(dāng)電子的Fermi能明顯超過中子的Fermi能(EF>60MeV)時,Fermi面附近的電子就會同質(zhì)子結(jié)合成中子:出射的中子的能量相當(dāng)高(明顯高于中子的Fermi能),它們將同3P2Cooper對的中子相互作用,拆散Cooper對。這導(dǎo)致3P2Cooper對產(chǎn)生的誘導(dǎo)磁場消失。第二十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一3P2Cooper對崩潰瓦解后,平均每個出射中子的能量為它們轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。?dāng)所有3P2Cooper

對都被上述過程拆散時，總共釋放的熱能總量為第二十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一磁星的活動性持續(xù)時間AXPs的x–光度可維持~107-108yr第二十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一PhaseOscillationAfterwards,Revivetothepreviousstatejustbeforeformationofthe3P2neutronsuperfluid.PhaseOscillation.第二十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一Questions?Detailprocess:TherateoftheprocessTimescale??2.Whatisthereal