避免进入短信营销误区的七大原则

磁星的物理本质

与活动性

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各向异性中子超流体3P2中子Cooper对

的Pauli顺磁磁化现象彭秋和(南京大学天文系)磁星-奇特的天文现象观测证据:脉冲星磁场测定

自转周期很长:

周期增长率很高:在10keV处观测到x-ray发射谱线,被认为是在电子(或质子)在超强磁场下的Landau能级跃迁谱线探测到能量为1044ergs的x-ray巨型耀斑衰减的尾巴。磁星是一类中子星,它(衰变)的超强磁场作为它强大x-ray或γ-ray辐射以及粒子发射的源泉。两类磁星:1)反常x-脉冲星(AnormalousX-rayPulsars---AXPs)2)软γ重复暴(SoftGammaRepeaters---SGRs)我们研究探讨的问题欲探讨的问题:磁星(1014-1015gauss)的物理本质?磁星的活动性:

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107K,远远超过通常中子星的表面温度(105-106K)磁星超强磁场的物理本质?己经提出的模型:Ferrario&Wickrammasinghe(2005)suggestthattheextra-strongmagneticfield

ofthemagnetarsisdescendedfromtheirstellarprogenitorwithhighmagneticfieldcore.Duncan&Thompson(1992,1993):α-Ωdynamowithinitialspinperiodlessthan3msIwazaki(2005)proposedthehugemagneticfieldofthemagnetarsissomecolorferromagnetismofquarkmatter.Vink&Kuiper(2006)suggestthatthemagnetarsoriginatefromrapidratatingproto-neutronstars.我们探讨3P2中子超流体的诱导磁矩产生的诱导磁场。我们计算发现:磁星超强磁场来自在原有本底(包括电子Pauli顺磁磁化)磁场下，各向异性中子超流体3P2中子Cooper对的Pauli磁化现象(磁畴)

。中子反常磁矩:中子星内部结构:中子超流涡旋运动核心(1km)3P2(各向异牲)中子超流涡旋区1S0

(各向同性)中子超流涡旋区

(5-8)%质子(II型超导体?)(正常)电子Fermi气体=(g/cm3)10141011107内壳超富中子核、晶体、自由电子外壳(重金属晶体)夸克物质???510141041S0

与3PF2中子超流体

1S0中子超流涡旋1S0中子Cooper对:自旋=0,各向同性△(1S0)≥0,1011<ρ(g/cm3)<1.4×1014

△(1S0)≥2MeV7×1012<ρ(g/cm3)<5×10133P2中子超流涡旋(3P2中子Cooper对:自旋=1,各向异性,(反常)磁矩~10-23c.g.s.)△

n(3P2){△

n(3P2)}max～0.05MeV

(3.31014<(g/cm3)<5.21014)3P2中子Cooper对的磁矩的分布3P2中子Cooper对系统:Bose子系统，在低温下都凝聚在基态(E=0)状态。每个3P2中子Cooper对具有磁矩:

μB=2μn=1.9×10-23ergs/gauss。在外磁场作用下，磁针(磁矩)有着顺磁场方向的趋势,具有较低的能量值。即它比Z=0,1状态有更低的能量。

顺磁方向与逆磁方向排列的

3P2Cooper对数目差在(T,B)环境下,自身磁矩顺磁场与逆磁场方向排列的3P2中子Cooper对数目之差为f(x)为布里渊函数处于3P2中子Copper对的中子数所占的百分比(动量空间中)Fermi球内、在Fermi表面附近厚度为壳层内的中子才会结合成3P2Cooper对。它占中子总数的百分比为:EF(n)~60MeV,(3P2(n))~0.05MeV,q~8.7%

处于3P2Copper对状态的中子总数目为:3P2中子Cooper对的诱诱导磁磁矩磁针顺顺磁场场与逆逆磁场场方向向排列列的3P2中子Cooper对数目目之差差为它们引引起的的诱导导磁矩矩为当:(高温近近似)3PF2中子超超流体体的总总的诱诱导磁磁场:中子星星的磁磁矩同同(极极区)磁场场强度度的关关系:高温、、非超超强磁磁场近近似当中子子星内内部温温度仍仍然较较高时时，T7>>2η,这种由由各向向异性性(3P2)超流体体内产产生的的诱导导磁场场远低低于中中子星星的本本底磁磁场(主要要由相相对论论性简简并电电子气气体的的Pauli顺顺磁性性产生生的强强磁场场。但但是，，随着着中子子星内内部冷冷却，，温度度下降降，由由各向向异性性(3P2)超流流体内内产生生的诱诱导磁磁场将将逐渐渐增加加。当温度度下降降到远远低于于这种诱导磁磁场将将会超超过原原初本本底磁磁场。。形成成磁畴畴(铁铁磁体体)(B<1013gauss,T>107K)从顺磁磁磁化化(paramagnetism)到磁磁畴畴(铁铁磁性性ferromagnetism)相变变A)高温、、低磁磁场情情形(B<1013gauss,T>107K)令从顺磁磁磁化化体向向铁磁磁体(磁畴畴)的的相变变,相相变变温度度可由由令中子星星磁场场的上上限物理图图象:当当温度度T0的极限限情形形下,3P2中子超超流体体所有有3P2Cooper对的磁磁矩全全部都都顺着着外磁磁场方方向排排列，，这时时3P2中子超超流体体的总总诱导磁矩矩的上上限为为由它产产生的的诱导导磁场场的上上限为为B(in)max因为Bin-T曲线(取η=1)(未考虑相互互作用)物理图象绝大多数3P2中子Cooper对的磁矩投投影指向都都是混乱的的,顺着磁场方方向排列的的3P2中子Cooper对的数量略略微多于逆逆磁场方向排排列的3P2中子Cooper对的数量(数量差为为ΔN1)。正是是这微弱的的相差，造造成了3P2中子超流体体的各向异性与与诱导磁矩矩。即磁星的超强磁场是由由3P2中子超流体体中，偏离离ESP状状态的(数数量约占千千分之一)3P2中子Cooper对的诱导磁磁矩造成的的(3P2中子Cooper对的中子总总数只占3P2中子超流体体内中子总总数的8.7%)。中子星磁场场的变化当中子星内内部冷却到到3P2超流体的相相变温度Tλ=2.8××108K以后,发生生相变:正常Fermi状态3P2中子超流状状态。这时中子星星磁场会发发生变化,这这是由于于中子3P2Copper对的磁矩在在外磁场作作用下会逐逐渐转向顺着外外磁场方向向排列。在在温度较高高的条件下下，绝大多多数中子3P2Copper对的磁矩方方向排列是是混乱的。。只有极少少数中子3P2Copper对的磁矩顺顺着外磁场场方向排列列。但是，，随着在中中子星冷却却的过程，，它内部的温温度下降，，顺着外磁磁场方向排排列的中子子3P2Copper对数量迅速(指数数)增长。。当温度下下降到T7<2η以后,3P2中子超流体体的这种诱导磁矩矩产生的诱导磁场超超过它原有有的初始本本底磁场。。随着中子星星的进一步步冷却,两两个因素素使得中子子星磁场增增长1)(百百分比)愈愈来愈多的的中子3P2Copper对的磁矩方方向(在原有的初始始本底磁场场作用下)转向顺磁磁排列。增增强了磁矩矩，因而增增强了诱导导磁场。2)3P2中子超流区区扩大，3P2中子超流体体的总质量量不断增长长(见图);3P2中子能隙图图(Elgagøyetal.1996,PRL,77,1428-1431)脉冲星磁场场的增长随着在原有有3P2中子超流体体区域(3.31014<(g/cm3)<5.21014)外侧邻近部部分区域物物质温度下下降到相应应的相变温温度时，该该区域物质质正常Fermi状态态3P2中子超流状状态,因而3P2中子超流体体区域扩大，，中子星内内3P2中子Cooper对对的总磁矩会不断断地缓慢(几乎连续续)增长。。它产生的的诱导磁场场也逐渐增增长。结论:它它将朝着磁磁星方向演演化。磁星的活动动性UndertheultrastrongmagneticfieldTheLandauenergylevelisquantizedwhenBBcr(Bcr=4.4141013gauss)n:quantumnumberoftheLandauenergyleveln=0,1,2,3……LandaucolumnppzTheoverwhelmingmajorityofneutronscongregatesinthelowestlevelsn=0orn=1,WhenTheLandaucolumnisaverylongcylinderalongthemagneticfiled,butitisverynarrow.Theradiusofitscrosssectionisp.ppz高Landau能级级粒子布居居数结论:当T71,BBcr条件下即:当温度度低于107K,磁场超超过Landau临临界磁场的的状态下，，在沿垂直直磁场方向向上，电子子几乎都集集中在n=0,1,2,3的Landau基态上上。我们可以忽忽略n>100….(pzpF)总的能级占占有状态数数近似估计Landauquantizationn=0n=1n=4n=3n=2n=5n=6pzp在低温、超超强磁场下下(单位体积积内)电子气体的的微观状态态数估算(与量子数数n无关)由PrincipleofPauli’sincompatibilityPauli不相容容原理:Thetotalnumberstates(perunitevolume)occupiedbytheelectronsinthecompletedegenerateelectrongasshouldbeequaltothenumberdensityoftheelectrons.沿着磁场方方向的Fermi能量量BasicideaWhentheenergyoftheelectronneartheFermisurfaceisratherhigh(EF>600MeV)Energyoftheresultingneutronswillberatherhighandtheywillreactwiththeneutronsinthe3P2Cooperpairsandwilldestroythese3P2Cooperpairs.Itwillcausetheisotropicsuperfluiddisappearandthenthemagneticfieldinducedbythe3P2Cooperpairswillbealsodisappear.InducedmagneticmomentdisappearsTheenergyofa3P2Cooperpairofneutronswillbereleasedasthermalenergywhenthemagneticmomentdisappear.Energyrange:(X-ray––soft-ray)Thex-ray(orsoft-ray)maybeobserveddirectly,becauseThethermalphotonswillnotbeabsorbedbymostelectronsandprotonsinthedeepoftheirFermisea.Totalreleasedenergyx-rayLuminosityofAXPs:Itwillbemaintained~105-106yrPhaseOscillationAfterwards,Revivetothepreviousstatejustbeforeformationofthe3P2neutronsuperfluid.PhaseOscillation.Questions?Detailprocess:TherateoftheprocessTimescale??2.Whatistherealmaximummagneticfieldofthemagnetars?Howlongistheperiodofoscillationabove?4.Howtocomparewithobservationaldata5.EstimatingtheappearancefrequencyofAXPandSGR?我的的目目标标:统一一解解释释的的脉脉冲冲星星的的主主要要观观测测现现象象1)高速速中中子子星星的的物物理理原原因因?(2003)2)中中子子星星强强磁磁场场(1011-13gauss)的的物物理理本本质质?(2006)3)磁磁星星超超强强磁磁场场(1014-15gauss)的的物物理理本本质质与活活动动性性?(2007)4)年年轻轻脉脉冲冲星星周周期期突突变变(Glitch)现现象象的的物物理理本本质质?(2006,2007)5)毫毫秒秒脉脉冲冲星星重重要要特特性性:低低磁磁场场,无无Glitch,空空间间速速度度不不高高,物物理理原原因因?6)低低质质量量X-双双星星(LMXB)内内的的中中子子星星磁磁场场很很低低;高质质量量X-双双星星(HMXB)内内的的中中子子星星磁磁场场很很强强。。为为什什么么?7)缓缓变变Glitch现现象象8)Sometimespulsar以以及及缺缺脉脉冲冲现现象象谢谢谢大大家家9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Saturday,December31,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。15:41:3415:41:3415:4112/31/20223:41:34PM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。12月月-2215:41:3415:41Dec-2231-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。15:41:3415:41:3415:41Saturday,December31,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2215:41:3415:41:34December31,202214、他乡生白发发，旧国见青青山。。31十二月月20223:41:34下午15:41:3412月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月223:41下下午午12月月-2215:41December31,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/3115:41:3415:41:3431December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。3:41:34下下午3:41下下午午15:41:3412月月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Saturday,December31,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。15:41:3415:41:3415:4112/31/20223:41:34PM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。12月-2215:41:3415:41Dec-2231-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。15:41:3415:41:3415:41Saturday,December31,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2215:41:3415:41:34December31,202214、意志坚坚强的人人能把世世界放在在手中像像泥块一一样任意意揉捏。。31十十二月20223:41:34下午午15:41:3412月-2215、楚塞三湘湘接，荆门门九派通。。。。十二月223:41下下午12月-2215:41December31,202216、少年十五五二十时，，步行夺得得胡马骑。。。2022/12/3115:41:3415:41:3431December202217、空山新雨后后，天气晚来来秋。。3:41:34下午3:41下下午15:41:34