磁星及其活動(dòng)性的物理本質(zhì)

1、磁星及其活動(dòng)性的物理本質(zhì)第1頁，共28頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五近年來我們探討的問題中子星的初始本底磁場(chǎng): 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(cè)到的1011-1013高斯的強(qiáng)磁場(chǎng)的物理原因?磁星(1014-1015 gauss)的物理本質(zhì)?磁星的活動(dòng)性: (B(0)為中子星的初始本底磁場(chǎng))。難以獲得通常中子星(1011-1013) gauss的磁場(chǎng)強(qiáng)度。更難獲得磁星(1014-1015) gauss的磁場(chǎng)強(qiáng)度。難以利用脈沖星自轉(zhuǎn)能的損失率來解釋。第2頁，共28頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五我們計(jì)算發(fā)現(xiàn):中子星觀測(cè)到的10

2、11-1013高斯的強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)質(zhì)上來源于中子星內(nèi)超相對(duì)論強(qiáng)簡(jiǎn)并電子氣體 的Pauli順磁磁矩產(chǎn)生的誘導(dǎo)磁場(chǎng)。中子反常磁矩電子磁矩Qiu-he Peng and Hao Tong, 2007, The Physics of Strong magnetic fields in neutron stars, Mon. Not. R. Astron. Soc. 378, 159-162(2007)第3頁，共28頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五磁星超強(qiáng)磁場(chǎng)的物理本質(zhì)?己經(jīng)提出的模型:Ferrario & Wickrammasinghe(2005)suggest that the extra

3、-strong magnetic field of the magnetars is descended from their stellar progenitor with high magnetic field core. Iwazaki(2005)proposed the huge magnetic field of the magnetars is some color ferromagnetism of quark matter. Vink & Kuiper (2006) suggest that the magnetars originate from rapid ratating

4、 proto-neutron stars. 我們計(jì)算發(fā)現(xiàn):磁星超強(qiáng)磁場(chǎng)來自在原有本底(包括電子Pauli順磁磁化)磁場(chǎng)下，各向異性中子超流體3P2中子Cooper對(duì)的Pauli磁化現(xiàn)象。第4頁，共28頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五3P2 中子Cooper對(duì)的磁矩的分布3P2 中子Cooper對(duì)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(gè)3P2 中子Cooper對(duì)具有磁矩: B = 2 n= 1.9 10-23 ergs/gauss。在外磁場(chǎng)作用下，磁針(磁矩)有著順磁場(chǎng)方向的趨勢(shì),具有較低的能量值。即它比 Z = 0, 1 狀態(tài)有更低的能量。 第5頁，共28

5、頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五順磁方向與逆磁方向排列的3P2Cooper對(duì)數(shù)目差在(T,B)環(huán)境下, 自身磁矩順磁場(chǎng)與逆磁場(chǎng)方向排列的3P2中子Cooper對(duì)數(shù)目之差為f(x)為布里淵函數(shù)第6頁，共28頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五處于3P2 中子Copper 對(duì)的中子數(shù)所占的百分比(動(dòng)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(huì)結(jié)合成3P2 Cooper對(duì)。它占中子總數(shù)的百分比為:EF(n) 60 MeV, (3P2(n) 0.05 MeV, q 8.7% 處于3P2 Copper 對(duì)狀態(tài)的中子總數(shù)目為: 第7頁，共28頁，2022

6、年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五3P2中子Cooper對(duì)的誘導(dǎo)磁矩磁針順磁場(chǎng)與逆磁場(chǎng)方向排列的3P2中子Cooper對(duì)數(shù)目之差為它們引起的誘導(dǎo)磁矩為當(dāng):(高溫近似)第8頁，共28頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五3PF2 中子超流體的總的誘導(dǎo)磁場(chǎng) :中子星的磁矩同(極區(qū))磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系:第9頁，共28頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五Bin- T 曲線(取=1)(未考慮相互作用)第10頁，共28頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五物理圖象當(dāng)中子星內(nèi)部冷卻到3P2超流體的相變溫度T=2.8108K以后,發(fā)生相變:正常Fermi狀態(tài) 3P2 中子超流狀態(tài)

7、。 這時(shí)中子星磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化, 這是由于中子3P2 Copper對(duì)的磁矩在外磁場(chǎng)作用下會(huì)逐漸轉(zhuǎn)向順著外磁場(chǎng)方向排列。在溫度較高的條件下，絕大多數(shù)3P2中子Cooper對(duì)的磁矩投影指向都是混亂的,順著磁場(chǎng)方向排列的3P2中子Cooper對(duì)的數(shù)量略微多于逆磁場(chǎng)方向排列的3P2中子Cooper對(duì)的數(shù)量(數(shù)量差為N1) 。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(qiáng)磁場(chǎng)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(duì)的誘導(dǎo)磁矩造成的(3P2中子Cooper對(duì)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11頁，共28頁

8、，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五中子星磁場(chǎng)的增長(zhǎng)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(chǎng)方向排列的中子3P2 Copper對(duì)數(shù)量迅速(指數(shù))增長(zhǎng)。當(dāng)溫度下降到T7 2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(chǎng)超過它原有的初始本底磁場(chǎng)(形成磁疇現(xiàn)象)。隨著中子星的進(jìn)一步冷卻, 有兩個(gè)因素使得中子星磁場(chǎng)增長(zhǎng)1) (百分比)愈來愈多的中子3P2 Copper對(duì)的磁矩方向(在原有的初始本底磁場(chǎng)作用下)轉(zhuǎn)向順磁排列。增強(qiáng)了磁矩，因而增強(qiáng)了誘導(dǎo)磁場(chǎng)。3P2 中子超流區(qū)擴(kuò)大， 3P2 中子超流體的總質(zhì)量不斷增長(zhǎng)(圖)隨著在原有3P2 中子超流體區(qū)域(3.31014 (g

9、/cm3) 60 MeV)時(shí), Fermi面附近的電子就會(huì)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3P2 Cooper 對(duì)的中子相互作用, 拆散Cooper對(duì)。這導(dǎo)致3P2 Cooper對(duì)產(chǎn)生的誘導(dǎo)磁場(chǎng)消失。第23頁，共28頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五3P2 Cooper 對(duì)崩潰瓦解后, 平均每個(gè)出射中子的能量為它們轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。?dāng)所有3P2 Cooper 對(duì)都被上述過程拆散時(shí)，總共釋放的熱能總量為第24頁，共28頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五磁星的活動(dòng)性持續(xù)時(shí)間AXPs 的 x 光度可維持 107 -108 yr

10、第25頁，共28頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五Phase OscillationAfterwards, Revive to the previous state just before formation of the 3P2 neutron superfluid. Phase Oscillation . 第26頁，共28頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)23分，星期五Questions?Detail process: The rate of the processTime scale ? 2. What is the real maximum magnetic field of the magnetars? How long is the period of oscillation above?4.