中子星内中子超流涡旋及其天文效应

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1、北京大学学报(自然科学版),第39卷,增刊,2003年12月ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisPekinensis,Vol.39,S.S.(Dec,2003)中子星内中子超流涡旋及其天文效应彭秋和(南京大学天文系,南京,210093)摘要讨论了中子星内中子超流涡旋。介绍了与之有关的两个模型:(1)高速中子星的中微子3火箭喷流模型;(2)脉冲星周期突变的P2中子超流涡旋相振荡模型。关键词中子星;超流中图分类号P124;P144中子星(或脉冲星)主要有如下性质:(1)质量～(012—

2、215)M⊙;(2)半径～(10—20)km;(3)自转周期P～115ms—815s(已发现的范围);(4)中子星表面存在大气层,其厚度～1010131415cm;(5)绝大多数脉冲星表面极冠区磁场～10—10Gs;(6)可能存在磁场～10—10Gs的56中子星(称为“磁星”);(7)表面温度～10—10K,因此一些中子星发射非脉冲软X射线热辐射;(8)已发现约30个脉冲星同超新星遗迹成协;(9)脉冲星具有高速空间运动,大多数速度V～(200—500)kmPs,但有5颗脉冲星的速度V>1000kmPs,然而通常恒星(包括

3、产生中子星的前身星)的空间运动速度只有～20—50kmPs。当今脉冲星研究中存在一些重大疑难问题。诸如:(1)自转减慢(Spindown)的物理机制?(2)脉冲星射电、X、γ辐射的物理机制?(3)辐射产生区域在哪里?(4)年轻脉冲星周期突跳(glitch)现象的产生机制?(5)制动指数n为何同标准磁偶极辐射模型不符,n<3?(6)真的存在磁星吗?(7)脉冲星非常高的空间运动速度是如何产生的?(8)脉冲星是中子星还是奇异(夸克)星?关于脉冲星自转减慢问题,现有的理论包括:标准磁偶极模型,超流涡旋的中微子辐射模[1]型,盘吸

4、积模型,脉冲星表面电流效应,诞生初期的引力波辐射,磁层表面欧姆加热,等等。[2]Malov的统计认为,可能存在两类脉冲星。对P>1125s的脉冲星,其自转减慢只能由中国小[1]组的NSV(中子超流涡旋)模型描述;对011s

5、密度高于～5×10gPcm的核心区(～1km)的物质组成,目前还未定论,不过可能存在夸克物质。一个有趣的问题是,中子超流体的能隙值到底有多大?早在1971年,Yang和Clark用变分1213311方法计算发现:在密度7×10<ρ<5×10gPcm范围内,纯中子流体的S0能隙:Δ(S0)≥收稿日期:200321221572增刊彭秋和:中子星内中子超流涡旋及其天文效应1331132MeV;当ρ≈2×10gPcm时,Δ≈2135MeV。实际上,可能从ρ>10gPcm开始,中子就形成14133Cooper对;而对应于ρ>114

6、×10时,Δ(S0)≈0。关于P2能隙Δ(P2)的计算,从1970年代开[3]3始就出现,至今不断改进。根据Elgaroey等人的计算,对于纯中子物质:Δ(P2)>0(Fermi动-1-1量:112fm

7、数,V(r)=。2mnr涡丝中心钉扎在正常原子核上。在中子星赤道平面上,超流涡丝呈三角点阵分布。超流涡旋管的核心是正常状态的中子流体,其半径的半径为ha0≈≈10fm。4mnΔ1P2nh-21P2P这些涡丝间的距离是宏观尺度,b=≈10ncm。mnΩ011s每个涡旋管内的绝大多数中子都处于超流状态。当中子星内部温度低于ΔPkB时,中子系统处于就将表现为相应的宏观量子力学(超流)现象。[1]作涡旋运动的超流中子将存在两种辐射:(1)中微子回旋辐射导致自转减慢,其原理是:按照粒子物理学中Wenberg2Salam弱电统一理论

8、,作回旋运动的中子会辐射中微子2反中微子对(类似于作回旋运动的电子而辐射光子)。出射的中微子直接逃逸出中子星,消耗中子星转动能,带走角动量,使脉冲星自转减慢。(2)各向异性的中子超流涡旋的磁偶极辐射导致中3子星内部加热,其原理为:P2中子Cooper对具有磁矩,在绕磁力线作回旋运动中产生X射线辐射。这些光子被中子星物