大质量中子星PSR J0348+0432原生星的组成与结构

在相对论平均场理论中考虑重子八重态,选取每重子熵S=1或S=2,集中研究讨论了熵效应对大质量中子星PSR J0348+0432原生星性质的影响.利用GL85核子耦合参数组计算了PSR J0348+0432的质量,将该参数组推广来计算每重子熵S=1或S=2时原生中子星的性质.结果发现原生中子星较零温中子星会有更多超子出现,且原生中子星的温度越往内部温度越高,超子的出现会降低内部温度.熵会增大大质量原生中子星的质量,这种增加效应超过超子出现减小大质量中子星质量的效应.熵会增加原生中子星的半径,即原生中子星的冷却是一个星体收缩的过程.     

新状态方程下中子星的性质

利用扩展的Skyrme作用可从Hartree-Fock多体理论中给出一种新的状态方程。本文在这个状态方程的基础上研究了静态中子星的性质。对于SKM和SG2这两个较好的Skyrme相互作用模型计算得到中子星的最大质量分别为Mmax=1.7M。，Max=1.67M。，此外，本文还研究了中子星的其它性质，如引力红移、惯量矩等，计算结果与观测以及Glitch模型符合。最后还发现在这种状态方程下，中子星冷却仅能通过冷却速度相对较慢的修正的Urca过程来实现。为便于比较，文中还计算了AV14＋TBF和Paris TBF这两种三体相互作用模型下的中子星的性质。     

中子星质量分布与诞生方式的研究

统计研究了63对双星系统中的72颗中子星(NS)的测量质量,其中包括18对X射线双星(XB)、9对双中子星(DNS)、4对中子星主序星系统(NSMS)、32对中子星白矮星系统(NSWD).运用Monte-Carlo随机抽样的方法,模拟出NS的质量分布,然后基于模拟结果进行统计分析.通过质量的统计研究,发现其质量呈双峰分布,分别集中在(1.328±0.220)M_⊙和(1.773±0.416)M_⊙.值得注意的是,在不考虑DNS的情况下,发现其质量分布仍然是双峰分布,质量集中在(1.360±0.337)M_⊙和(1.854±0.322)M_⊙.18颗DNS质量为单峰分布,平均质量为(1.330±0.0089)M_⊙.NS质量的双峰结构显示出,其可能有两种诞生方式.认为可能是铁核塌缩超新星爆发和电子俘获超新星爆发.DNS质量的单峰结构意味着DNS诞生演化机制可能与其他双星系统不同.为了进一步研究中子星质量分布的特性,将53颗测量到自旋周期的NS在20 ms处分为两组,分别为毫秒中子星(MSP,Ps≤20 ms)和正常中子星(PSR,Ps20 ms),发现这两类NS质量也都呈现出双峰分布,而且MSP的平均质量要比PSR的平均质量大～0.22 M_⊙.这表明NS在诞生后吸积约0.22 M_⊙的物质时,将可能成为MSP.根据NS质量与周期在M-Ps图上的分布,拟合出质量与周期之间的关系为:M=1.4+(Ps/ms)~(-3/2)M_⊙.     

测量到中子星的红移

欧洲空间局的XMM——牛顿望远镜第一次成功地测量了一颗中子星的引力红移,使科学家能由此推断恒星内部的结构。 中子星是大质量恒星作为超新星爆发后留下的致密遗迹。这些恒星的核在自身引力下坍缩,将物     

测定中子星质量的新途径

现在,天文学家公认发射射电脉冲的中子星便是脉冲星,而中子星的质量常从所测脉冲双星的数据获得。例如,脉冲双星Ｂ１５３４＋１２、Ｂ１９１３＋１６及Ｂ２１２７＋１１Ｃ中脉冲星的质量分别为太阳质量的１．３３８、１４４２和１．３４９倍,即中子星的质量约为１?..     

中子星的相对论平均场描述

从相对论平均场理沦出发,考虑核子、超子和介子的相互作用,研究了中子星的结构和性质以及超子耦合常数对中子星性质的影响.发现当密度较高时,中子星的核心区主要由超子组成,即中子星转变成以超子为主要成分的奇异中子星,并且这种转变受到超子相互作用的影响.当超子耦合常数与核子耦合常数的比值为0.65时,中子星转变为奇异中子星所对应的密度最小,此时计算的中子星的最大质量为1.4 M⊙,与天文观测结果较好符合.     

浅说伽玛射线暴

特大质量恒星超爆——γ射线爆发——中子星与中子星火并然后坍缩成黑洞——黑洞吞吃中子星……宇宙中的大规模物质转换过程用"山崩地裂"、"石破天惊"都远不足以形容其万一。     

中子星吸积加速与引力辐射影响

研究了中子星双星系统吸积过程中的中子星自旋加速,得到其周期随着吸积质量的变化关系,并且通过对中子星磁场与周期演化分析,对比脉冲星的观测,获得了理论与观测类似的结果,在此基础上,研究了引力辐射作用对中子星自旋加速过程的影响,并且推导了吸积过程中中子星自旋周期变化率,探讨了吸积与引力辐射影响相当的临界角速度Ω_(cr),评估了中子星的自旋在引力辐射下的影响.     

中子星内部中微子辐射的相对论修正

通过相对论平均场理论和相关的弱相互作用冷却理论,在有、无超子两种情况下的中子星物质中研究含相对论效应的中子星冷却性质,并且与非相对论情况进行对比分析.考虑到极微小尺度上的引力会偏离牛顿引力,引入引力修正效应.结果表明中微子辐射的相对论效应降低了中微子发射率、发光度以及星体的冷却速度.在考虑引力修正的无超子的中子星物质中,相对论效应所引起的星体冷却速度降幅最大,对于两倍太阳质量的传统物质中子星可达56%,而超子物质中降幅最小,约为38%.     

强作用对奇异星观测效应的影响

奇异星是类似于中子星的曲奇异夸克物质组成的致密天体。本文研究了夸克这间的强作用对奇异星观测效应的影响。我们认为：（１）中子星转变为奇异星的行为是一种大的周期突变（ｇｌｉｔｃｈ）现象，这种现象取决于夸克间的强作用；（２）强作用使高温奇异星的振动阻尼也有效，这可能是驱动超新星爆发的新机制；（３）强作用加强了高温情形下奇异星和中子星在转动上的差别，奇异星的最小周期比中子星的小。     

高密物质的一种状态方程和中子星的结构

我们用改进的平均场方法计算了核密度以上物质的状态方程,并用中子星结构方程计算了中子星结构,得出引力质量M_G=1.7M_⊙,转动惯量I=1.62×10~(45)g-cm~2。结果表明,这些值与观测值符合的较好;高密物质相互作用模型的选取直接影响到中子星结构的特征量,同时可看出,用改进的平均场方法可使非相对论和相对论理论所推算的中子星的质量和转动惯量之间的差距明显地缩小。     

中子星X射线双星中kHz QPO现象的理论解释

罗西X射线时变探测器(RXTE)在中子星小质量X射线双星中发现了千赫兹准周期振荡现象(kHzQPO)。kHzQPO的频率一般在几百到上千赫兹,其动力学时标与吸积盘最内部区域物质的运动时标一致,因此普遍认为kHz QPO产生于中子星表面附近区域,携带了来自中心中子星及周围强引力场信息,如质量、自转周期、角动量、半径、磁场等。kHz QpO现象的理解为研究强引力场和致密物质状态开启了一扇新的窗口。着重介绍基于kHz QPO的基本现象和相应的理论模型。     

中子星的第二类磁场

以往普遍认为,中子星具有的磁场是衰减性的,衰减时标约为(5—9)×10~6年。近年发现了另一种不衰减或衰减极慢的磁场,称之为第二类磁场。本文将对中子星的这种第二类磁场的研究现状作比较系统的介绍和述评。非常可能,这种磁场相当普遍地存在于各类中子星。脉冲星、X射线双星以及γ射线爆源,都可能存在着这种第二类磁场。     

Ⅰ型X射线暴多峰结构的研究进展

Ⅰ型X射线暴(热核暴)是发生在小质量X射线中子星双星系统中X射线波段流量突然大幅度增加的一种高能现象.在热核闪模型下,此现象被认为主要由中子星表面热核不稳定燃烧主要引起的.典型X射线暴的光变曲线呈现快速上升(1～5 s)、e指数下降(10～100 s)的单峰结构.随着X射线暴样本的增加,在观测上出现了一类多峰结构的热核...     

X射线暴振荡的研究进展

X射线暴振荡是在小质量X射线双星的I型X射线暴中探测到的周期性现象,振荡的周期与中子星的自转周期接近。近些年来,RXTE和NICER等高能探测器在30个小质量X射线双星中探测到了爆发振荡现象。X射线暴振荡对研究致密物质状态、中子星表面强引力和强磁场行为等都有着重要的意义。文章介绍了I型X射线暴和爆发振荡的搜索方法、爆发振荡的观测结果、爆发振荡的热斑模型和表面模式振荡模型,未来,X射线暴振荡将用于测量中子星质量、半径和自转。     

超新星和中子星

现在我们对超新星的认识是跳跃式地发展的,近来突破性的进展是:Ⅰ型超新星的光变曲线的观测与1M的Ni~(50)的衰变模型符合得较好:Ⅱ型超新星的观测可描述为在超巨星壳层底部有10~(50)尔格能量沉积而产性爆发,形成中子星。本文探讨了超新星和中子星的关系,以及在超新星研究中的某些观点,介绍了超新星的观测特性、前身星的特点以及超新星模型。Ⅱ型超新星释放能量很可能与内部收缩成中子星和产生脉冲星联系在一起,而Ⅰ型超新星爆发将整个恒星毁掉不留下致密天体。某些脉冲星(中子星)可能是失去外层的大质量星爆发而产生的,这些事件并不伴随着明亮的超新星出现。超新星等于中子星形成的观念似乎应当解除.     

小质量X射线双星中中子星自转演化的研究

为解释毫秒脉冲星自转周期的观测数据和理论结果之间的差异,采用数值分析的方法研究了小质量X射线双星中中子星的自转演化.在计算中,分别考虑了辐射压和中子星辐照引起的物质交流的不稳定性对系统的影响.结果如下:(1)吸积盘内的辐射压会使自转周期有小幅增加,中子星辐照导致的物质传输率的变化会缩短演化路径中自转减慢的阶段;(2)同时考虑辐射压和中子星辐照时在物质传输的高态阶段吸积会被辐射压抑制;(3)吸积的质量和快参数影响达到自转平衡的系统数目.     

用中子星限制暗物质粒子散射截面

中子星可以通过重子物质和暗物质的相互作用吸积暗物质,且在一定条件下, 中子星吸积的暗物质粒子可以引发自引力塌缩形成小型黑洞, 生成的黑洞可能会进一步吞噬中子星.依据文献已有模型, 基于以上物理过程给出了在暗物质粒子不同质量下对暗物质粒子--中子的散射截面的限制.使用弱相互作用大质量粒子(Weakly Interacting Massive Particle, WIMP)模型, 并考虑暗物质粒子是玻色子的情形, 讨论了暗物质粒子有无自相互作用以及有无湮灭等条件下对限制暗物质参数的影响.既考虑了已发现的两个中子星系统来给出对暗物质参数空间的限制,也考虑了两个可能存在的年老中子星来预测未来观测可能对暗物质参数空间的限制.对于考虑玻色--爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein Condensate, BEC)的玻色子暗物质, 在无自相互作用或有弱自相互作用, 无湮灭或有很小湮灭截面的条件下,中子星给出的间接观测对暗物质粒子-中子散射截面的限制的强度比XENON1T直接探测实验来得更强.未来, 如果在银心附近能观测到年老中子星, 其观测结果可以提升模型给出的对暗物质粒子--中子散射截面的限制, 从而帮助人们进一步理解暗物质.     

中子星的吸积流动

本文分析中子星的吸积流动,其中磁轴与自转轴重合.吸积盘内缘区域的波阻将使盘内的角速度偏离开普勒速度而减小,引力势能使流体加热和加速.吸积盘中有两类流动.完全亚声速流动的引力势能主要使吸积流加热.另一种流动有跨声速过渡和激波.这两种流动都表明,吸积盘的高温区域都位于过渡区中,而外部区域中气体温度不高.还计算了中子星磁层中的吸积流动.在极区距几个中子星半径处,气体被急剧加热,产生X射线辐射,形成热斑.这些结果与中子星吸积流动的主要特征一致.     

估算有中子星作伴星的黑洞质量

在本文中，我们讨论了由中子星和黑洞构成的密近双星系统的引力效应。首先，我们清楚地解释了引力辐射存在引起的轨道圆化，并估算了圆化的时间尺度。求解了围绕史瓦西黑洞作圆轨道运动的矢量进动方程，得到了一个精确解。由进动周期和中心黑洞的质量的关系，我们得到了估算中子星伴随的黑洞质量的方法。随后我们讨论了以中子星脉冲信号随自旋进动变化来寻找黑洞的方法。