脉冲星的高辐射能课件

1、脉冲星的基本特性2、脉冲星的观测结果3、描述脉冲星高能辐射的模型

－外间隙模型内容1、脉冲星的基本特性2、脉冲星的观测结果3、描述脉冲星高能辐11）中子星观念的提出1、脉冲星的基本特性Baade&Zwicky(1934)提出宇宙中存在中子星

Oppenheimer&Volkoff(1939)估计了中子星的第一个态方程：质量～1.4太阳质量；半径～10公里；密度～1014gcm-3.Pacini(1967)提出来自转动的中子星的电磁辐射可以驱动Crab星云

1）中子星观念的提出1、脉冲星的基本特性Baade&Zw2PulsesfromtheVelaPulsar2）脉冲星的发现1967年，JocelynBell每天早上在射电望远镜中都观测到短的、规则的、象时钟一样的辐射脉冲。Hewish等人(Hewishetal.1968,Nature)发现了一颗射电发射的快速脉冲源—PSRB1919+21.

Gold(1968,Nature)指出脉冲星就是表面磁场～1012G的中子星。PulsesfromtheVelaPulsar2）脉33）脉冲星的分类☆孤立中子星：通过快速自转变慢辐射能量（一般<1sec,dP/dt>0)。☆脉冲X射线源：双星系统中的致密天体（一般为中子星）；从正常伴星中吸积物质(P～10ssecs,dP/dt<0)。☆反常X射线脉冲星和软伽玛重复爆：3）脉冲星的分类☆孤立中子星：通过快速自转变慢辐射能量（44）中子星的基本参数☆参数：半径：

R~10km(104m)密度：

ρ~1018kgm-3=1015gcm-3质量：

M~0.2-3.2solarmasses☆磁场来源：恒星周围磁场的积分为一常数，即磁通常数。于是中子星和太阳表面磁场之比为太阳表面场：～0.01Tesla.中子星表面磁场：

B～5x107Tesla=5x1011Gauss！4）中子星的基本参数☆参数：半径：R~10km54）脉冲星辐射的能源☆脉冲星的两个直接观测量：周期（P），周期倒数（dP/dt>0)。☆已观测到大部分脉冲星自转变慢，即dP/dt>0。所以它们损失转动能－可以说明观测吗？4）脉冲星辐射的能源☆脉冲星的两个直接观测量：周期（P），6☆转动磁偶极子的能损：☆磁场与周期和周期倒数的关系：☆脉冲星年龄的估算：☆转动磁偶极子的能损：☆磁场与周期和周期倒数的关系：☆7

PulsarpictureLightcylinderOpenmagnetosphereRadiobeamr=c/wBClosedmagnetosphereNeutronstarmass=1.4solarmassesradius=10kmB=10to10Tesla49PulsarpictureLightcylinderO8PulsarmodelPulsarmodel92、脉冲星的观测结果1）射电波段：2000颗脉冲星

2、脉冲星的观测结果1）射电波段：2000颗脉冲星10脉冲星的高辐射能课件112）X射线波段：51颗X射线脉冲星彩色的符号表示探测到X射线脉冲转动驱动的脉冲星分布★28颗正常脉冲星★

23颗毫秒脉冲星2）X射线波段：51颗X射线脉冲星彩色的符号表示探测转动驱动123）高能伽玛射线：History:SAS2,COSB(1970’s-1980’s).EGRET(1990’s)Comingsatellite:GLAST3）高能伽玛射线：History:SAS2,COSB(13（1）EGRET观测成果IncreasednumberofID’ssourcesbylargefactors（1）EGRET观测成果Increasednumbero14发现了170颗未证认的伽玛射线源发现了170颗未证认的伽玛射线源15（2）观测到的伽玛射线脉冲星☆

Crab脉冲星☆

Vela脉冲星☆

PSRB1509－58☆

PSRB1046－58☆

PSRB1706－44☆

PSRB1951＋32☆

PSRB1055－52☆

Geminga脉冲星（2）观测到的伽玛射线脉冲星☆Crab脉冲星☆Vela脉16Pulsesatmulti-wavebandsPulsesatmulti-wavebands17Energyspectraofgamma-raypulsarsEnergyspectraofgamma-raypu183、描述脉冲星高能辐射的模型目前有两类公认的模型：（1）内间隙模型(Hardingetal.1978,ApJ225,226;Daugherty&Harding1982ApJ252,337;1996ApJ458,278;Zhang&Harding,2000,ApJ;Sterneretal.1995,ApJ445,736).（2）外间隙模型(Cheng,Ho,Ruderman,1986,ApJ300,500;300,522;Chiang&Romani1994,ApJ436,754;Romani,1996,ApJ470,469,Zhang&Cheng1997,ApJ487370;Hirotani&Shibata2001,MNRAS325,1228)3、描述脉冲星高能辐射的模型目前有两类公认的模型：（1）内19Schematicgeometryofpolarandoutergaps.Darksolidregionsarethingapsofyoungerpulsars.HatchedregionsarethickgapsofolderpulsarsSchematicgeometryofpolaran20（1）我们的外间隙模型正负电子由外间隙中

E||加速相对论性e+/e-通过同步曲率辐射和IC过程产生高能伽玛射线来自表面的软X射线由回流电流与NS表面碰撞产生。在外间隙中高能伽玛射线与这些软X射线碰撞产生正负电子对，从而维持外间隙存在。（1）我们的外间隙模型正负电子由外间隙中E||加速相对论21我们的厚间隙模型（Zhang&Cheng,1997,ApJ）Outergapsize：Luminosity：Spectrum我们的厚间隙模型（Zhang&Cheng,1997,A22

特点：(1)自洽性;(2)普适性。对一给定的脉冲星（即周期P和表面磁场B已知），可估计伽玛射线光度和能谱。特点：23依次模型，我们开展了系列的工作Conversionefficiencyofgamma-raypulsars.Thestatisticsofgamma-raypulsars.RadiationfeaturesofX-raypulsars.ThestatisticsofX-raypulsars.Thecontributionofgamma-raysfrompulsarstoGalacticgamma-rays.6)ThecontributionofpositronsfrompulsarstoGalacticpositrons.

7)Unidentifiedgamma-raysourcesandgamma-raypulsars.依次模型，我们开展了系列的工作Conversioneffi242)Three-DimensionalModel3Dmagenticstructure,thephaseprofileandphase-resolvedspectra.ApplicationtoCrabpulsar.Phase-resolvedhigh-energyfeaturesofCrab-likepulsars.Phase-resolvedhigh-energyfeaturesofGemingapulsar.2)Three-DimensionalModel3Dm253)CrabX-raypulses,

HEEmissionofAXPsandSGRsZhang,L.&Cheng,K.S.2002,ApJ,569,8723)CrabX-raypulses,

HEEmi26Cheng&Zhang,2001,ApJ,562,918Zhang,&Cheng,2002,ApJ,579,716Cheng&Zhang,Zhang,&Cheng,273)MSPulsars’HEEmission弱磁场，短周期Zhang&Cheng,K.S.2003,A&A,398,6393)MSPulsars’HEEmission弱磁场，284)NewversionofoutergapmagnetospheregeometryinclinationeffectObservationindicates(Thompsonetal.2001):

LL½sd.ZC97modelpredictsL(B/P)0.3,e.g,theratioof(B/P)0.3forPSRB1055-52tothatforGemingais~0.9.But,theobservedratio~8(Kaspietal.2000).4)Newversionofoutergapmag29Outergap:

f0(P,B)=5.5P26/21B-4/712Outergap:30Gamma-rayLuminosityRadio-loud:LL0.30sd

Radio-quiet:LL0.38sd

Gamma-rayLuminosityRadio-loud31Solidline:lgL20.42+0.38lgLsdDashedline:lgL3.25+0.30lgLsdSolidline:lgL20.42+0.38lg32Deathlinesofthepulsarswithself-sustainedoutergaps.(1)Crab-like(2)Vela-likeChen&Ruderman1993(3)ZC97model(4)uniform(5)cosineNewmodelDeathlinesZhang,L.etal.2004,ApJ,604,317Cheng,K.S.,Zhangetal.2004,ApJ,608,418Deathlinesofthepulsarswit33PulsedX-rayluminosityofnormalX-raypulsarsX-rayLuminosityZhang&Jiang,2005,A&APulsedX-rayluminosityofnor34Gamma-raystatisticalpropertiesZhang,Han,Jiang,2005,A&A,429,489Gamma-raystatisticalproperti35HEpropertiesofHigh-fieldPulsarsZhang,Jiang,2005,ApJ,631High-filed:1013-1014G28high-pulsarpulsarsHEpropertiesofHigh-fieldPu36谢谢！谢谢！37脉冲星高能辐射平均谱

Zhang&Cheng,1997,ApJ,487,370Cheng&Zhang,1998,ApJ,498,327脉冲星高能辐射平均谱Zhang&Cheng,19938脉冲星辐射的转换效率Return

Zhang&Cheng,1998,MNRAS,294,177Solidboxes:OursEmptytriangles:Harding,1981Emptydiamonds:Dermer&Sturner1994脉冲星辐射的转换效率ReturnZhang&39

X-射线脉冲星的辐射特性

Return

Cheng,Gil&Zhang,1998,ApJ,493,L35Cheng&Zhang1999,ApJ,515,337X-射线脉冲星的辐射特性40

X-射线脉冲星的统计性质

Return

Zhang&Cheng1999,ApJ,526,327X-射线脉冲星的统计性质41

射线脉冲星的统计特性

Return

Cheng&Zhang1998,ApJ,498,327射线脉冲星的统计特性42

射线脉冲星产生的射线对银河射线的贡献Zhang&Cheng,1998,MNRAS,294,327Return射线脉冲星产生的射线对银河射线的贡献Zhang43CosmicpositronsReturn

Comparisonofobservede+/(e-+e+)ratiowithpredictedones.Theshort-dashedcurveistheratioofpositronbackgroundandtotalelectronbackgroundgivenbyMoskalenko&Strong(1998).Thesolid,longdashedanddot-dashedcurvesaretheratiosincludingthecontributionofthematuregamma-raypulsarswithbirthratesofoneper100yrs,oneper50yrsandoneper30yrsrespectively.(Zhang&Cheng,2001,A&A)Cosmicpositrons44未证认的射线源与射线脉冲星的关系

Solidlines:gamma-rayselectioneffectDashedlines:radio&gamma-rayselectioneffectsZhang&Cheng,1998,A&A,335,234Zhang,Zhang&Cheng,2000,357,957未证认的射线源与射线脉冲星的关