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。     

反常X射线脉冲星的研究进展

反常X射线脉冲星（Anomalous X-ra Pulsars，简称AXP）是一类特殊的X射线源。与X射线脉冲星（通常处于大质量X射线双星系统中）相比，它们具有以下特征：X射线谱较软、光度低页稳定（≈10^27－10^29J.s^-1）、自转周期集中在10s左右稳定增长、迄今没有找到它们的光学、红外、射电的对应体、有一些可能戌超新星遗迹成协等。由观测到的自转周期变化可以确定它们的自转能损不足以提供有X射线辐射。解释AXP能源机制的理论模型目前主要有两大类：在吸积模型中，AXP被认为具有正常磁场强度（≈10^8T）的中子量，物质吸积提供X射线辐射原能源，并造成中子星的自转变化；另一种观点认为AXP是具有超强磁场（≈10^10-10^11T）的中子量（即磁星），其辐射能源来自它们巨大的磁或残余的热能，观测到的自转周期及其变化被归因子中子星的磁偶极辐射和物质抛射。两种模型各有优缺点，但目前看来观测事实对磁星模型较为有利。为了进一步明确AXP的性质，提供解释它们能源机制的线索，在介绍AXP的基本观测特征和理论解释的基础上，还将AXP与射电脉冲星、特强磁场射电脉冲量、射电宁静脉冲星侯选体及软γ射线复现源分别进行了比较。     

作为X射线脉冲星的磁星

研究表明，与磁星模型相比较，反常X射线脉冲星的加速模型不能说明所观测到的自转周期的分布。为了解释熟知的最慢X射线脉冲星2S 0114＋650的性质，其磁场强度必须大于10^14Gs，即它诞生时即为一磁体。     

作为X射线脉冲星的磁星

研究表明 ,与磁星模型相比较 ,反常X射线脉冲星的加速模型不能说明所观测到的自转周期的分布。为了解释熟知的最慢X射线脉冲星 2S 0 114+6 5 0的性质 ,其磁场强度必须大于 10 14 Gs ,即它诞生时即为一磁体。     

软伽玛射线再暴体（SGRs）研究进展

对SGRs的主要观测特征－－在软伽玛射线波段的重复爆发及持久性的周期的X射线辐射－－进行了回顾，介绍了SGRs的一些理论模型，其中磁星（具有甚强磁场的中子星）模型较合理地解释了现有的观测事实。     

Be／X射线双星的理论模型

为解释Ｂｅ／Ｘ射线双星波段联合观测结果，已发展了许多理论模型。在本文中简述这些Ｂｅ／Ｘ射线双星理论模型的研究现状，包括枞两个正常的Ｂ型星组成的密近双星演化成为Ｂｅ／Ｘ射线双星的演化模型，描述Ｂｅ星气壳的物理模型，Ｂｅ星和中子星的性质所决定的中子星吸积方式的吸积量及Ｂｅ／Ｘ射线双星Ｘ射线源光变曲线的理论解释。     

磁星能量注入模型拟合伽玛射线暴X射线余辉光变曲线

某些伽玛射线暴(简称伽玛暴)的中心致密天体可能是一颗具有强磁场的毫秒脉冲星,它通过磁偶极辐射可对伽玛暴外激波注入能量,从而导致早期余辉光变曲线的变平.近年来,从Swift卫星观测到的大量伽玛暴X射线余辉中发现,很多X射线余辉光变曲线在暴后10~2～10~4s期间的确存在明显的变平现象.利用周期为毫秒量级的磁星能量注入模型对11个加玛暴的X射线余辉光变曲线进行了拟合,显示该模型在解释余辉变平现象上的有效性和广泛性,通过对余辉光变曲线的拟合,同时也给出了相关中心磁星的磁场强度和旋转周期.     

年轻脉冲星周期-磁场分类及演化

年轻脉冲星多处于超新星遗迹(Supernova Remnant, SNR)中, 其分为转动供能脉冲星(Rotation-powered SNR-PSR)、磁星(Magnetar)和中心致密天体(Central Compact Object, CCO), 这3类年轻脉冲星有着不同的自旋周期及磁场强度分布. % 其中, 遗迹磁星(SNR-Magnetar)的平均自旋周期比转动供能遗迹脉冲星大近一个量级, 平均磁场强度高近两个量级. % 同时, 中心致密天体比转动供能遗迹脉冲星的平均磁场强度低近两个量级. % 这3类年轻脉冲星不同的物理性质, 可能源于其不同的前身星或不同的超新星爆发过程, 也可能源于其中子星诞生后的不同演化过程. % 此外, 转动供能遗迹脉冲星比年轻的转动供能非遗迹脉冲星具有更快的平均自旋周期、更大的平均磁场强度和更短的平均特征年龄. % 这暗示新诞生的中子星经时间约为$10^5$--$10^6$yr的演化过程, 其自旋速度将减小近一半, 同时其磁场强度也将衰减近一半.     

Geminga缺射电脉冲的一种可能机制

应用Ｕｓｏｖ和Ｍｅｌｒｏｓｅγ射线脉冲星的修正的极冠区内间隙模型,得到了γ射线脉冲星Ｇｅｍｉｎｇａ为什么没射电脉冲辐射或射电脉冲辐射很弱的一种可能解释,同时,也可看出,中子星表面的多极场有着重要的作用。     

Geminga缺射电脉冲的一种可能机制

应用Ｕｓｏｖ和Ｍｅｌｒｏｓｅγ射线脉冲星的修正的极冠区内间隙模型,得出了γ射线脉冲星Ｇｅｍｉｎｇａ为什么没有射电脉冲辐射或射电脉冲辐射很弱的一种可能解释．同时,也可看出,中子星表面的多极场有着重要的作用．     

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。     

Be/X射线双星包层性质的研究

Be单星和Be/X射线双星作为一类特殊早型天体和特殊的大质量X射线双星 ,在各个波段都有与其它相同光谱型的B型天体显著不同的特征 ,因此长期以来引起中外天文学者的关注。首先在可见光波段发射线的存在 ,就是对仅产生吸收线的经典大气的挑战 ;其次Be星作为一类早型带有包层天体 ,研究Be星包层的性质 ,对研究原恒星包层性质和进一步了解早型星其它光谱型的性质是非常重要的 ;再者可以研究Be星的存在与星际磁场或湍流的星际介质是否有关 ;最后研究Be/X射线双星 ,对双星的演化模型也有很重要的作用。随着天文观测手段的不断完善和理论模型的发展 ,我们对Be星的现象有了更深的了解 ,并且产生了一些模型。研究内容包括Be星包层和星风的性质 ,以及包层形成机制 ,Be/X射线双星物质相互作用等。本文共分五章 ,第一章主要概要介绍Be和Be/X射线双星历史和目前已经取得的成就 ;第二章介绍Be单星多波段观测结果 ;第三章介绍Be/X射线双星的观测结果 ;第四章介绍目前主要的Be单星和Be/X射线双星模型 ;第五章给出Be/X射线双星XPer/ 4U0 352 30的分光观测结果 ,并结合单臂振动盘模型给出定性解释。     

裸奇异星研究进展

简要介绍了近几年来裸奇星研究的一些重要进展，包括裸奇异星表面的电学性质和辐射机制，夸克表面存在的一些可能天体物理后果（如射电脉冲星的漂移子脉冲现象和软γ射线重复源的超Eddington辐射现象）等。这些研究结果对从天文观测上区分中子星和奇异星、证认奇异星的存在具有重要意义。     

脉冲星的γ辐射

本文根据Ｒ－Ｓ模型讨论脉冲星的γ辐射，在讨论光子被电磁场吸收时，我们把中子星磁层分成两部分，一部分以电场吸收为主，另一部分以磁场吸收为主。本文以电子在电磁场中的级联过程为基础，计算了Ｃｒａｂ、Ｖｅｌａ等六个已知γ射线脉冲星的一些物理量，发现与观测基本相符。另外我们还预言了一些很可能是γ射线脉冲星的候选者。     

脉冲星的γ辐射

本文根据Ｒ－Ｓ模型讨论脉冲星的γ辐射，在讨论光子被电磁场吸收时，我们把中子星磁层分成两部分，一部分以电场吸收为主，另一部分以磁场吸收为主，本文以电子在电磁场中的级联过程为基础，计算了Ｃｒａｂ，Ｖｅｌａ等六个已知γ射线脉冲星的一些物理量，发现与观测基本相符，另外我们还预言了一些很可能是γ射线脉冲星的候选者。     

γ暴的能源和环境

评论了γ暴能源的某些机制，比如：巨超新星爆发，磁白短星的塌缩，磁星的诞生，中子星的相变等，重点评述了中心星脉冲星的以胆注入周围环境对γ暴余辉的影响，讨论了将来在γ暴领域的可能研究。     

旋转射电暂现源研究进展

旋转射电暂现源是McLauglin等人在2006年采用单脉冲搜寻技术,对Parkes射电望远镜多波束脉冲星巡天数据的处理过程中发现的一类特殊天体。该类天体在绝大多数时间都处于射电宁静状态,偶尔发射特征宽度为毫秒量级的脉冲信号。对其进行长期脉冲到达时间观测发现,其具有类似于脉冲星到达时间特性,但目前还不清楚该天体和脉冲星之间的具体关系。综述了近10年来射电以及其他波段的观测研究和理论模型方面的进展。在射电观测方面,主要介绍观测认证技术(包括零色散滤波、DM搜寻、阈值设定、匹配滤波和效果图检验等)、到达时间以及偏振方面的观测研究进展;在其他波段方面,主要介绍X射线、光学以及近红外波段的观测研究进展。在相关理论模型方面,主要介绍远距离的脉冲星模型,物质与脉冲星磁层相互作用模型以及脉冲星磁层辐射带模型等研究进展。最后将对射电暂现源观测研究进行总结与展望。     

探究双脉冲星候选体PSR J1906+0746的物理性质

PSR J1906+0746是2006年发现的一颗自旋周期为144 ms的射电脉冲星,由于探测到的是第2颗形成的非自转加速伴星,主星和伴星组成的系统极有可能成为另一对双脉冲星.从PSR J1906+0746的基本物理量出发,针对性地对比研究双中子星和脉冲双星(包括中子星-白矮星)的磁场-周期关系,大致得出他们的演化路径;其次通过双中子星的形成机制以及双星形成过程中的物质损失,假定非自转加速的伴星形成于电子俘获,得出伴星前身星的质量约为1.57 M⊙,在形成双中子星系统过程中损失了约0.23 M⊙.这可能是由于电子俘获能量较低,不能抗衡伴星的引力束缚能,最终抛出物质没有逃逸,形成了一个椭圆环,成功解释了在X射线波段观测到的围绕着PSR J1906+0746的环结构.     

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...     

异常X射线脉冲星与强磁星

早在1967年,休伊什和贝尔发现的脉冲星即被证明为具有强磁场的中子星。稍后,人们又发现蟹状星云中子星发射X射线脉冲。20世纪70年代"乌呼鲁"卫星发现,半人马座X-3和武仙座X-1也有周期X射线脉冲发射,它们的脉冲周期分别为4.84秒和1.24秒。这些X射线源现在称为"正常X射线脉冲星"。正常X射线脉冲星分为两类,一类是单个中子星,它们的辐射能来自旋转,另一类是双星系统内的中子星,它们的辐射能由引力很强的中子星从吸积的伴星物质中得到。1979年12月,格利高里和法尔曼用"爱因斯坦天文台"观测新发现的可变射电源时,在仙后座里拍摄到一个奇怪的天