間歇性脈沖星制動指數(shù)和狀態(tài)互換機(jī)制的研究.pdf

1、間歇脈沖星的發(fā)現(xiàn)對脈沖星自轉(zhuǎn)減慢機(jī)制、磁層結(jié)構(gòu)以及輻射機(jī)制等問題的研究帶來了相當(dāng)?shù)臋C(jī)遇和挑戰(zhàn)。本文主要從間歇脈沖星的輻射特點(diǎn)和自轉(zhuǎn)減慢特征出發(fā)，研究它的開狀態(tài)（即可以觀測射電輻射）和關(guān)狀態(tài)（即觀測不到輻射）的制動指數(shù)，以及這兩個(gè)狀態(tài)之間的互換特征。下面簡單地介紹主要研究工作。
　　在脈沖星星風(fēng)制動模型的基礎(chǔ)上，第二章給出了一個(gè)簡單而有用的預(yù)測間歇脈沖星制動指數(shù)的方法。制動指數(shù)的研究對了解脈沖星轉(zhuǎn)動能損耗和自轉(zhuǎn)減慢機(jī)制具有很重要的意

2、義。測量制動指數(shù)需要測量脈沖星周期、周期一階和二階導(dǎo)數(shù)。在它們當(dāng)中，周期二階導(dǎo)數(shù)的準(zhǔn)確測量很容易被脈沖到達(dá)時(shí)間噪聲和未知（或未解決）的Glitch（即脈沖星自轉(zhuǎn)頻率的突變現(xiàn)象）干擾。對于間歇脈沖星，它的開和關(guān)狀態(tài)的不確定互換對測量制動指數(shù)帶來了很大的不便，并導(dǎo)致了制動指數(shù)測量的失敗。不過，在開和關(guān)狀態(tài)中測出來的不同的周期一階導(dǎo)數(shù)提供了預(yù)測間歇脈沖星制動指數(shù)的可能性。作為所提出方法的應(yīng)用，在極冠半徑變化、電荷密度變化和它們倆的共同變化等三

3、種不同的情況下，我們將計(jì)算三顆間歇脈沖星(PSR B1931+24、PSR J1841-0500、PSR J1832+0029)和一顆極端消零脈沖星(PSR B0823+26)的制動指數(shù)。計(jì)算結(jié)果顯示，我們所得到的幾乎全部制動指數(shù)都在實(shí)際觀測范圍內(nèi)，而且也符合這些脈沖星轉(zhuǎn)動能損耗特征和自轉(zhuǎn)減慢率特征。這一結(jié)果支持了所提出方法的可行性，并指出了只用開和關(guān)狀態(tài)自轉(zhuǎn)減慢率來預(yù)測間歇脈沖星制動指數(shù)的可能性。
　　脈沖星制動指數(shù)（第一制動指

4、數(shù)）是重要的，而它的第二制動指數(shù)也是重要的。第二制動指數(shù)，除了周期二階導(dǎo)數(shù)外，還需要測量周期三階導(dǎo)數(shù);可是，測量間歇脈沖星第一制動指數(shù)失敗的情況下，目前我們無法去測量它的第二制動指數(shù)。不過，在理論上研究第二制動指數(shù)還是有一定的價(jià)值。在第三章，通過推廣第二章給出的計(jì)算第一制動指數(shù)的方法，將提出計(jì)算第二制動指數(shù)的方法。我們同樣使用開和關(guān)狀態(tài)的周期一階導(dǎo)數(shù)來計(jì)算出四顆脈沖星的第二制動指數(shù)。在計(jì)算當(dāng)中，跟前面類似，我們討論了不同的三種情況，即脈

5、沖星極冠半徑變化、電荷密度變化和它倆的混合貢獻(xiàn)。計(jì)算結(jié)果顯示，算出來的第二制動指數(shù)也是在合理的范圍內(nèi)，并且符合四顆脈沖星轉(zhuǎn)動能損耗以及自轉(zhuǎn)減慢特征。另外，通過我們的方法得出來的第二制動指數(shù)與脈沖星自轉(zhuǎn)減慢律所預(yù)測（脈沖星自轉(zhuǎn)減慢律給出m=n(2n-1)，n是第一制動指數(shù)，m第二制動指數(shù)）的結(jié)果幾乎相同。這些結(jié)果表明計(jì)算第一和第二制動指數(shù)的方法是自洽的。這指出我們的結(jié)果和方法在研究間歇脈沖星制動指數(shù)問題上有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　雖然

6、脈沖星星風(fēng)制動模型可以解釋間歇脈沖星開和關(guān)狀態(tài)的不同自轉(zhuǎn)減慢率，但不能解釋開和關(guān)狀態(tài)互換的本質(zhì)。因?yàn)樗鼪]有包含與脈沖星輻射密切相關(guān)的帶電粒子加速。一般在脈沖星射電輻射機(jī)制研究中，要是在脈沖星磁層不考慮帶點(diǎn)粒子加速機(jī)制，我們很難回答與輻射相關(guān)的很多問題。為了與實(shí)際觀測相符，在第四章，開狀態(tài)中考慮真空間隙加速機(jī)制來解釋間歇脈沖星輻射特點(diǎn)和自轉(zhuǎn)減慢特征。我們將把開和關(guān)狀態(tài)的不同自轉(zhuǎn)減慢率歸因于開狀態(tài)的真空加速機(jī)制所導(dǎo)致的強(qiáng)烈相對論粒子流。這樣

7、，開和關(guān)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)動能損耗率差異等于開狀態(tài)間隙中加速粒子流帶走的能流。假設(shè)加速粒子流電荷密度等于Goldreich-Julian(ρGJ)電荷密度的條件下，研究了四顆脈沖星間隙參數(shù)。計(jì)算結(jié)果顯示，得到的間隙電壓，對應(yīng)的間隙高度和磁力線曲率半徑幾乎都滿足脈沖星極冠模型，而且也正好符合那些脈沖星的輻射特征和它們在P-P圖中的分布。這不僅表明所用方法和結(jié)果的合理性，而且也指出加速粒子流電荷密度可以具有ρGJ的可能性。通過把算出來的間隙電壓及