磁星的物理本质与活动性PPT学习教案

1、会计学1磁星的物理本质与活动性磁星的物理本质与活动性欲探讨的问题欲探讨的问题: :磁星磁星(10(101414-10-101515 gauss) gauss)的物理本质的物理本质? ?磁星的活动性磁星的活动性: : 3436(1010 )/secxLerg难以利用脉冲星自转能的损失率来解释。难以利用脉冲星自转能的损失率来解释。而且磁星的表面温度而且磁星的表面温度107 K, 远远超过通常中子星的表面温度远远超过通常中子星的表面温度 (105-106 K)第1页/共38页gaussergn/10966. 023第2页/共38页核心核心(1km)3P2 (5-8)% 质子质子 ( II 型超导体型

2、超导体?) (正常正常)电子电子Fermi气体气体 = (g/cm3)10141011107内壳内壳超富中超富中子核、子核、晶体、晶体、自由电自由电子子 外壳外壳(重金属晶体重金属晶体)夸克物质夸克物质 ?51014104第3页/共38页1S0中子超流涡旋中子超流涡旋1S0 中子中子Cooper 对对: 自旋自旋= 0, 各向同性各向同性(1S0) 0, 1011 (g/cm3) 1.41014 (1S0)2MeV 71012 (g/cm3) 510133P2中子超流涡旋中子超流涡旋3P2中子中子Cooper 对对: 自旋自旋=1, 各向异性各向异性, (反常反常)磁矩磁矩 10-23 c.g

3、.s.) n(3P2) n(3P2) max 0.05MeV (3.3 1014 (g/cm3) 2, , 这种由各向异性这种由各向异性( (3 3P P2 2) )超流体内产生的诱导磁场远低于中子星的本底磁场超流体内产生的诱导磁场远低于中子星的本底磁场( (主要由相对论主要由相对论性简并电子气体的性简并电子气体的PauliPauli顺磁性产生的强磁场。但是，随着中子星顺磁性产生的强磁场。但是，随着中子星内部冷却，温度下降，由各向异性内部冷却，温度下降，由各向异性( (3 3P P2 2) )超流体内产生的诱导磁场超流体内产生的诱导磁场将逐渐增加。将逐渐增加。当温度下降到远低于当温度下降到远低

4、于)0()(BBBin)0(17)() 19 . 1(BTBin71/(1.9 )2T这种这种诱导磁场将会超过原初本底磁场。形成磁畴诱导磁场将会超过原初本底磁场。形成磁畴(铁磁体铁磁体)(B 107 K )第11页/共38页nBkT (B 107 K )( )bf x(071.40 ()xbbT ()maxininBbB(0)(0)()maxinBbB()max(/)innBBfB kT( )4 /31f xxx)0()(BBBin令令(0)0b7210cTK 从顺磁磁化体向铁磁体从顺磁磁化体向铁磁体( (磁畴磁畴) )的相变的相变, , 相变温度可由令相变温度可由令第12页/共38页第13页

5、/共38页3()33322max22()()()1.0 10 ( . . .)0.1totAnSunmPPqN mPc g sm由它产生的诱导磁场的上限为由它产生的诱导磁场的上限为B(in)max()14max2.02 10inBgauss(/)10fB kTwhenT因因为为第14页/共38页第15页/共38页绝大多数绝大多数3P2中子中子Cooper对的磁矩投影指向都是混乱的对的磁矩投影指向都是混乱的, ,顺着磁场方顺着磁场方向排列的向排列的3P2中子中子Cooper对的数量略微多于逆对的数量略微多于逆磁场方向排列的磁场方向排列的3P2中中子子Cooper对的数量对的数量( (数量差为数量

6、差为N1) ) 。正是这微弱的相差，造成了。正是这微弱的相差，造成了3P2 中子超流体的中子超流体的各向异性与诱导磁矩。各向异性与诱导磁矩。即磁星的即磁星的超超强磁场是由强磁场是由3P2 中子超流体中，偏离中子超流体中，偏离ESPESP状态的状态的( (数量约占千分之一数量约占千分之一) ) 3P2中子中子Cooper对的诱导磁矩造成的对的诱导磁矩造成的( (3P2中子中子Cooper对的中子总数只占对的中子总数只占3P2 中子超流体内中子总数的中子超流体内中子总数的8.7%)。第16页/共38页第17页/共38页第18页/共38页第19页/共38页第20页/共38页第21页/共38页2242

7、22(, , ,)(21)2zzeEp B nm cp cnmcB 2242222zEm cp cp c2( , ,)2 (21)epB nmnB n: quantum number of the Landau energy level n=0, 1,2,3Landau columnppz20( ) 0.927 10/Beerg gauss第22页/共38页crBBThe Landau column is a very long cylinder along the magnetic filed, but it is very narrow. The radius of its cross s

8、ection is p .ppz第23页/共38页21/ 221/ 2(, ,)(,0,)exp ()21 ()1 /zzzzBBP p nP p nppanbabkTpp 21/ 2(, , , )()21 zzBpE p nBanbp 9771.38 100.86kTTergTerg0.261 /crbB BMeV22(0.511)0.2611()aMeV21/ 221/ 2(, ,1)(,0,1)exp ()2 () /zzzzBBP p nP p nppan babkTpp 1/ 20.511()/BcrBpMeVcB第24页/共38页(,1,1)1(,0,1)zzP p nP p n

9、 即即: :当温度低于当温度低于10107 7K,K,磁场超过磁场超过LandauLandau临界磁场的状态下临界磁场的状态下，在沿垂直磁场方向上，电子几乎都集中在，在沿垂直磁场方向上，电子几乎都集中在 n n = 0,1,2,3 = 0,1,2,3 的的Landau Landau 基态上。基态上。我们可以忽略我们可以忽略 n n 100 100 . .( pz pF )第25页/共38页4(1)7(,)10 (/)0,0ezcrcrBBg pB BTBkTmax30(, , )04(,)(,0)(, ,)(,)(,0,)FzpetotalzzzcrnpBezzncrzBBNg ppp np

10、dpBkThBP p nBg pBkTP p n近似估计近似估计第26页/共38页n=0n=1n=4n=3 n=2n=5n=6pzp第27页/共38页pp222( , ,)(21)2/eepB nnm cBc 估算估算222222(1)( )4/20.261(/ )eecrpppnpnm cB cBMeV cB( (与量子数与量子数n n无关无关) )由由62( )340.261(1.6 10 )(,)()zetotalFzcrcrBBBNEg phcBBkT第28页/共38页totalAeNN Y第29页/共38页62( )340.261(1.6 10 )(,)()zeFzAecrcrBBB

11、Eg pN YBBkThc( )611275.02 10( (,) ()()()0.055 10 ()()()0.05zeeFzcrnuccrenuccrBYBBEg pMeVBkTBYBTMeVB第30页/共38页eepnEnergy of the resulting neutrons will be rather high and they will react with the neutrons in the 3P2 Cooper pairs and will destroy these 3P2 Cooper pairs . It will cause the isotropic sup

12、erfluid disappear and then the magnetic field induced by the 3P2 Cooper pairs will be also disappear. 第31页/共38页815151010nBB ergB keVEnergy range: (X-ray soft -ray )The x-ray (or soft -ray ) may be observed directly, because The thermal photons will not be absorbed by most electrons andprotons in the

13、 deep of their Fermi sea .第32页/共38页()32323328215347215()()0.0876.02 102 1010()0.1()10()0.1totASunSunEqN mPmPBergsmmPBergsm 34361010/secxLergsIt will be maintained 105 -106 yr第33页/共38页enpeRevive to the previous state just before formation of the 3P2 neutron superfluid. Phase Oscillation . 第34页/共38页eepnTime scale ? 2. What is the real maxi