基于脈沖星雙極外間隙模型的三維輻射投影研究

摘 要：脈沖星由于其自身所具有的極端物理環(huán)境而受到廣大天文和天體物理工作者的關(guān)注，而研究脈沖星的外層磁場結(jié)構(gòu)和荷電粒子的運(yùn)動對揭示脈沖星的本質(zhì)有著至關(guān)重要的作用。在Tang APS等人提出的脈沖星兩極外間隙輻射模型的基礎(chǔ)上，以脈沖星PSR J2229+6114為例做了如下工作：（1）基于雙極外間隙模型數(shù)據(jù)模擬了脈沖星外層的三維磁場結(jié)構(gòu)；（2）對脈沖星外層的荷電粒子流進(jìn)行了分析；（3）結(jié)合脈沖星外層的荷電粒子與磁場的相互關(guān)系，對脈沖星PSR J2229+6114不同磁傾角下的輻射投影進(jìn)行了數(shù)據(jù)模擬。

關(guān)鍵詞：脈沖星；外間隙模型；磁場結(jié)構(gòu)；輻射投影

脈沖星被認(rèn)為是發(fā)射周期性脈沖信號的旋轉(zhuǎn)中子星。脈沖星具有極高的密度，很強(qiáng)的磁場，對周圍星體的引力效應(yīng)顯著。脈沖星的這些極端物理?xiàng)l件自然引起了物理學(xué)工作者和天文學(xué)工作者極大興趣，為了研究脈沖星的多波段輻射機(jī)制科研工作者建立了不同的輻射模型。根據(jù)星體表面荷電粒子加速區(qū)位置的不同存在著三種典型的輻射模型：一種是極冠（polar cap）模型（也稱內(nèi)間隙模型），該模型認(rèn)為其粒子加速區(qū)從星體極冠表面一直延伸到幾個(gè)中子星半徑處。一種把極冠模型的加速區(qū)向外延伸提出了狹長間隙（slot gap）模型。另外一種是外間隙（outer gap）模型，其粒子加速區(qū)從零電荷面一直延伸到光柱半徑RLC處。基于Tang APS等人的雙極外間隙模型的基礎(chǔ)上，通過采用Runge-Kutta數(shù)值模擬的方法結(jié)合新發(fā)現(xiàn)的脈沖星PSR J2229+6114的數(shù)據(jù)給出其星體的極冠和最后一條閉合磁場線，考慮到荷電粒子在磁場中的流動進(jìn)一步模擬給出了脈沖星的輻射投影。

1 雙極外間隙模型的磁場模擬

Cheng，Ho Ruderman（1986）建立了中子星的外部磁層間隙模型。在該模型里，由于整體電荷的流動在零電荷面附近產(chǎn)生電荷真空的區(qū)域，稱之為外間隙。很多科研工作著為外間模型的研究做出了非常多的貢獻(xiàn)，直到后來考慮到外間隙內(nèi)外邊界的粒子流，Tang et al.（2008）提出了三維的雙極外間隙模型。此處基于雙極外間隙模型，以脈沖星PSR J2229+6114為例，模擬三維延遲的偶極磁場。

4 結(jié)束語

脈沖星的很多特殊的極端物理現(xiàn)象吸引著物理和天文科技工作的注意，對脈沖星結(jié)構(gòu)的研究由來已久，脈沖星磁場結(jié)構(gòu)就是其中的一個(gè)重要方面，了解脈沖星的磁場結(jié)構(gòu)對于解釋脈沖星的輻射幾何有重要的作用。基于Tang APS等人2008年提出的雙極輻射外間隙模型，結(jié)合脈沖星PSR J2229+6114的觀測數(shù)據(jù)模擬出了脈沖星磁球?qū)拥幕窘Y(jié)構(gòu)。首先，我們對的磁球?qū)咏Y(jié)構(gòu)和輻射過程進(jìn)行模擬，其次，繪制了脈沖星的靜態(tài)磁場和動態(tài)磁場的極冠外形，給出了最后閉場線的三維圖像，最后給出了脈沖星PSR J2229+6114輻射投影。經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)基于雙極輻射外間隙模型模擬得到的輻射投影圖像跟觀測數(shù)據(jù)基本一致。

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作者簡介：王進(jìn)平（1982-），男，漢族，湖南永州人，助教，碩士，主要從事中子星、脈沖星方向的研究。