从光速圆柱磁能的衰减研究毫秒脉冲双星的演化

本文用脉冲星光速圆柱附近磁能的衰减理论研究了毫秒脉冲星的演化。文中从理论上给出了脉冲星到达辐射截止线时的年龄和自转周期,及现在的辐射年龄和从现在辐射年龄到达辐射截止线所需的时间。并用此理论对7颗脉冲双星的演化作了数值计算。     

脉冲星的一种分类方法及辐射部位的统计研究

本文对83颗脉冲星进行了分类统计研究。主要结果如下: 1.采用转动能损失率与射电光度的比值作为分类参数可以较好地反映不同类型脉冲星的物理特性和演化方式。 2.由于各类脉冲星的射电光度和光速圆柱附近的磁能之间都有着相关系数较高的回归关系,而射电光度和表面磁能之间却不相关,由此推论脉冲星辐射部位很可能在光速圆柱附近。 3.在周期变率户和周期P的关系图上,光速圆柱附近的“缠绕”磁能PP-4的某一临界值可作为射电辐射的截止线,它比Lyne等提出的光速圆柱处的磁能户PP~(-5)作为射电辐射截止线更接近观测事实。     

脉冲星的辐射特征和空间分布的统计分析

本文采用330颗脉冲星星表,进一步论讨了脉冲星某些重要特性的演化规律,主要结果如下:1.脉冲星的转动能损率E,射电光度L_R,磁能和辐射锥角都随年龄的增加而迅速减少。这表明,脉冲星的能量和辐射都是逐渐衰减的;2.射电转换效率η_R随年龄的增加而增加,这可能表明脉冲星辐射频谱的极大值逐渐向射电波段演化;3.脉冲星离银道面的距离|z|随年龄的增加而增加,这意味着多数脉冲星可能都是离银道面而去的。     

缺脉冲现象显著的脉冲星的若干特性

本文把呈现缺脉冲现象的脉冲星作为一种次型来进行研究。发现缺脉冲现象显著的脉冲星分布在射电辐射的截止线附近,组成一条近于和截止线平行的直线。此外,这种脉冲星还有如下的特点:它在光速圆柱距离处的磁场偏小,能损率也偏小。文中讨论了缺脉冲产生的可能原因。     

脉冲星缺脉冲现象的统计分析

本文对呈现缺脉冲现象的脉冲星进行了统计分析，发现缺脉冲百分率ＮＦ与脉冲等值宽度Ｗｅ有更显著的相关关系，即比Ｂｉｇｇｓ得到的ＮＦ－Ｐ和ＮＦ－α关系相关程度更高，利用Ｆｉｌｉｐｐｅｎｋｏ和Ｒａｄｈａｋｒｉｓｈｎａｎ模型，本文推导出ＮＦ的近似表达式，解释了上述统计结果。虽然缺脉冲现象总体上与年龄相关不大，即年龄大不是出现缺脉冲的必要条件，但缺脉冲现象显著的脉冲星确实分布在射电辐射的截止线附近，组成了一条和截止线近似平行的直线，反映了这类脉冲星的确处于老年阶段。本文对产生缺脉冲的原因作了简要的讨论。     

脉冲星参数空间分布和演化统计研究

脉冲星参数统计是脉冲星研究的重要基础性工作。利用最新整理的脉冲星观测数据,对2 500多颗脉冲星参数的空间分布和演化进行了统计研究。结果显示,在空间上脉冲星集中在银道面附近,脉冲星数目分布的极大值位于距离银心约7.27 kpc处,这可能是星际色散和散射造成的观测效应。另外给出了自转周期、表面磁场、特征年龄和自转能损失率随着远离银道面的变化规律。随着远离银道面,常规脉冲星的自转周期和特征年龄不断增大,表面磁场和自转能损失率不断减小。常规脉冲星的射电光度随特征年龄的增大,先增大后减小,这表明射电辐射机制在不同年龄段有所不同。常规脉冲星自转能损失率随特征年龄的增大呈对数快速下降。这些结果是脉冲星分布演化理论研究的重要基础。     

脉冲星减速研究与电磁和引力波辐射

脉冲星具有极强的磁场,由于其磁轴与自转轴并不完全重合,这使脉冲星存在电磁辐射.脉冲星靠消耗自转能来弥补辐射出去的能量,从而导致自旋速度的逐渐放慢.根据理论推导,对蟹状星云脉冲星(Crab)的初始周期进行预测,并推导出在未来任意时刻,在电磁辐射的影响下,其脉冲星自旋周期的演化规律.由于脉冲星的质量分布可能存在四极矩,引力波辐射也会使得脉冲星的旋转速度减小,因此进一步分析Crab脉冲星在引力波影响下自旋周期的变化.最后将两种辐射机制模型结合,对脉冲星在两种辐射机制共同作用下自旋周期的演化进行分析.     

脉冲星观测研究的某些进展

近年来,对日益增加的脉冲星观测资料的分析和对毫秒脉冲星、射电和X射线脉冲双星的观测,对脉冲星的形成、演化和辐射机制等提出了越来越多的新问题。本文对这些新问题的观测依据进行了介绍。主要涉及下述几方面的问题:是否存在着在结构、形成和演化上均不相同的两类脉冲星?脉冲星是否有两种或两种以上的辐射机制在同时起作用?脉冲星射电辐射中的两种相互垂直的偏振模式,以及近年来在毫秒脉冲星、射电和X射线脉冲双星的观测中所发现的新现象等。     

脉冲星磁场的演化

综述了前人对于单个脉冲星磁场的起源和演化的研究结果及其最新进展。脉冲星磁场的起源有多种模型，其所对应的初始磁场有两种位形：磁场束缚在核内和磁场束缚在壳层中。脉冲星的磁场如何演化，没有一致的结论。有各种观测证据可能直接或间接表明磁场的演化行为，如根据特征年龄和运动学年龄的差异可以推断出脉冲星磁场按指数规律衰减，而根据特征年龄与超新星遗迹年龄的差异或几颗年轻脉冲星的制动指数可以认为年轻脉冲星的磁场可能是增强的。脉冲星的样本合成研究（数值模拟）是研究脉冲星磁场演化的重要方法。模拟结果表明，假定脉冲星磁场按指数衰减，特征衰减时标必须为10^7yr或更长。而壳层中磁场的欧姆耗散模型数值计算显示脉冲星磁场演化行为因冷却模型和状态方程的取法不同而异，但最终无明显的衰减。由自转变慢诱导的脉冲星核内部磁场向壳层中扩散模型的计算表明脉冲星磁场的衰减只发生在10^7-10^8yr这段时间内，磁场衰减1－2个量级。     

毫秒脉冲星

毫秒脉冲星PSR1937 214的发现是近几年天体物理学中的一次重要事件。本文介绍了该星的发现史和主要观测事实。该星自转周期为1.557806449023毫秒,是转动最快的脉冲星。周期变率为1.24×10~(-19)秒/秒。在它的周围没有明亮的超新星遗迹。这颗脉冲星的引人注目的特征是磁场低和在P—P图上位置独特。文中还评述了解释这颗脉冲星的四种模型;(1)起源于吸积X射线双星的中子星,通过从伴星吸积物质而加速到毫秒周期;(2)Michel和Dessler提出的盘模型脉冲星中的普通一员;(3)双中子星并合体;(4)辐射年龄小的脉冲星。最后一种可能性是本文作者提出的。根据具有相似特征的脉冲星倾向于分布在同一条PP~(-5)等值线及可按等值线排成演化序列的事实,作者按光速圆柱磁能衰减来定义脉冲星辐射年龄t:B/8π∝PP~(-5)=C_0exp(-2t/τ)(τ为磁能衰减时标),井据此认为PSR1937 214和蟹状星云脉冲星、船帆座脉冲星都是辐射年轻的。     

特殊类型脉冲星的研究进展

脉冲星是演化末期的大质量恒星经过核坍缩形成的产物,它们在天体物理学、粒子物理学和卫星导航等方面具有重要的应用。自脉冲星发现50年来,其观测和理论研究取得了巨大进展。脉冲星主要在射电波段被探测到,部分脉冲星也有X射线和γ射线等波段的辐射,它们的信息非常丰富。根据其不同的观测特征可以把脉冲星分为多种类型。主要对射电、X射线以及γ射线波段的特殊类型脉冲星,包括旋转射电暂现源、间歇脉冲星、态转换X射线脉冲星、磁星、暗X射线孤立中子星、中心致密天体以及γ射线脉冲星的基本性质及其研究进展进行综述。     

中子星的热演化和磁衰减

本研究了中子星的热演化，自转演化和磁场演化的相互影响，考虑了一个自洽模型，中子星因磁偶极辐射而自转减慢，在内部产生某些加热过程，中子星磁场通过壳层的欧姆耗散来衰减。结果表明，磁场衰减提高了加热过程的重要性，相反，加热效应减慢了磁衰减，因此可以得出，中子星的热，自转和磁场也许不是独立演化的，不仅如此，这些演化与初始条件有关，因此，人们也许可以从射电和Ｘ射线观测对脉冲星年龄，初始磁场和周期给出某些限     

脉冲星辐射区结构研究

为了研究脉冲星本质与磁层动力学过程,如何从观测限定脉冲星辐射区域的部位和几何结构是其中一个基本且关键的问题.介绍了目前各种脉冲星辐射区几何限定方法的主要思想和结果,并对其异同和各自的优势作了比较和评述;根据已有的限定结果总结了其对辐射束结构、加速区模型和射电辐射机制等理论问题研究的帮助和启示;从各种方法的发展过程来看,完善能够限定脉冲星多波段辐射区域三维结构的方法,并与辐射区和加速区等理论问题的研究更紧密地结合是该领域的重要发展方向.     

中子星的热演化和磁衰减

本文研究了中子星的热演化、自转演化和磁场演化的相互影响．考虑了一个自洽模型：中子星因磁偶极辐射而自转减慢，在内部产生某些加热过程，中子星磁场通过壳层的欧姆耗散来衰减．结果表明，磁场衰减提高了加热过程的重要性；相反，加热效应减慢了磁衰减．因此可以得出，中子星的热、自转和磁场也许不是独立演化的．不仅如此，这些演化与初始条件有关，因此，人们也许可以从射电和Ｘ射线观测对脉冲星年龄、初始磁场和周期给出某些限制．     

脉冲星巡天观测进展和近邻脉冲冲星样本估算

射电脉冲星巡天是探测获取更多脉冲星的重要途径。首先介绍了影响射电脉冲星巡天效率的因素,着重分析灵敏度和观测频率两个重要因素,并通过定义脉冲星探测率,简化对脉冲星巡天效率的估算。此外,总结了现有脉冲星巡天项目,利用Parkes多波束脉冲星及两次扩充巡天(Swinburne中纬度脉冲星巡天和Parkes高纬度脉冲星巡天)结果,采用包含时间演化的脉冲星分布模拟软件PsrPopPy,模拟得到脉冲星在银河系中分布的样本,并对近邻太阳系1 kpc距离内的脉冲星数目进行了估算,获得了近邻脉冲星样本,可为脉冲星高能辐射对探测宇宙线正电子谱影响等研究提供可靠输入量。     

低能损率射电脉冲星辐射研究

脉冲星辐射理论认为,当中子星旋转磁场产生的感应电场及电压降低,以致不能产生足够多的正负电子对时,其射电辐射将消失,即"死亡".统计分析了34颗"死亡线"以下源,即低能损率射电脉冲星的空间分布及自转周期等物理性质.首先,这类脉冲星都是场星,与特殊种类脉冲星和高能辐射脉冲星没有明显的相关性;其次,这类脉冲星大多分布在低银纬和距离太阳系较近的区域;再次,这类脉冲星具有较大的特征年龄和较长的自旋周期;最后,这类脉冲星1400 MHz射电光度L1400和自转能损率˙E弱相关.低能损率射电脉冲星可能是由于星体通过辐射损失能量,导致自转减慢,自转能损率降低至"死亡线"以下.建议对于低能损率射电脉冲星的搜寻,应针对银河系场中年老的、长周期的射电源,而无需针对特殊种类的脉冲星,也无需针对特殊的空间位置.目前我国正在运行的500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)具有较高的灵敏度,有望观测到更多低能损率射电脉冲星.     

乌鲁木齐天文站建立脉冲星相干消色散观测系统

脉冲星发射的辐射信号经过星际介质到达观测天线的过程中,存在色散效应。该效应导致有一定带宽脉冲信号的不同频率成份到达天线时间有延迟,影响对脉冲星的观测。消色散技术是脉冲星观测的关键技术,它对脉冲星观测系统的灵敏度和观测精度至关重要。脉冲星相干消色散过程是:通过对观测信号进行Nyquist采样,对采样数据做傅立叶变换,变换后的频域信号与星际介质Chirp函数乘积,然后再做逆傅立叶变换回时域,得到消色散后的时域信号。乌鲁木齐天文站依托现有的南山25m射电望远镜和VLBI记录终端MK5A系统,自行开发的相干消色散处理软件(Linux操作系统下C语言调用MPI库)和4节点机群系统,建立了脉冲星相干消色散观测系统。     

蜘蛛脉冲星掩食现象的研究进展

蜘蛛脉冲星的发现是研究毫秒脉冲星演化的重要进展,它们被认为可能是孤立毫秒脉冲星的来源之一。蜘蛛脉冲星系统含有丰富的观测现象,其中最重要的就是脉冲星的掩食。掩食脉冲星的研究可以帮助理解脉冲双星的演化、球状星团的形成和星际介质等。介绍了近年来脉冲星掩食研究的主要进展,包括脉冲星的掩食特点,掩食脉冲星系统的统计和举例,并阐述了常用的掩食机制。在未来10年里,随着超高灵敏度和超快巡天速度的射电望远镜的投入使用,如平方公里阵列射电望远镜(Square Kilometre Array, SKA)等,掩食脉冲星的研究有望打开新局面,并对掩食机制理论的发展产生积极的影响,帮助解决一些未解之谜。     

脉冲星在银河系z方向上的演化

本文试图确定脉冲星在银河系z方向上分布的标高与其年龄的关系。我们采用银河系引力场分布的模型,使用Monte Carlo方法随机投点,计算具有一定初始位置分布和速度分布的脉冲星的标高随年龄的演化,并同观测结果进行了比较.     

脉冲星磁辐射制动力矩对具有磁辐射的两成分模型自旋的长期减速

利用分析法研究了具有磁辐射的两成分模型(壳层和中子超流体)的脉冲星在可变的磁辐射制动力矩的作用下,两成分自旋角速度随时间的长期变化。给出了具有磁辐射两成分模型的耦合方程组的分析解。理论结果给出两成分模型在外力可变的磁辐射制动力矩的作用下,自旋角速度随时间长期减慢。利用所得的分析解对具有磁辐射的两成分模型蟹状星云脉冲星(PSR0531+21)(Crab)在磁辐射力矩可变的情况下做了数值计算。并讨论了所得的理论和数值结果。结果表明,蟹状星云脉冲星(PSR0531+21)在磁辐射制动力矩的作用下,壳层自旋角速度随时间的长期减速每年为-0.245 s。