脈沖星風云G0.9+0.1的非熱輻射特性及能譜演化

方倩，朱靜萍，吳紹華，盧方武

脈沖星風云G0.9+0.1的非熱輻射特性及能譜演化

方倩，朱靜萍，吳紹華，盧方武

（玉溪師范學院 物理與電子工程學院，云南 玉溪 653100）

觀測表明，脈沖星風云G0.9+0.1能夠輻射出由射電波段延伸至高能伽馬射線的光子．建立了一個描述脈沖星風云多波段輻射與動力學演化的理論模型．結合觀測數據，數值求解該模型，重建了脈沖星風云G0.9+0.1的多波段輻射譜，并探討了該星云非熱輻射譜的時間演化特性．結果表明，該脈沖星風云的多波段輻射譜隨時間的變化具有明顯的改變．

脈沖星風云；G0.9+0.1；多波段輻射譜

1 輻射模型

脈沖星風云內部粒子主要來源于中心高速旋轉的脈沖星．假設脈沖星風云內部高能粒子主要由正負電對組成，并且均勻分布，則粒子譜的演化方程可描述為

假設脈沖星是一個純偶極子輻射體，則脈沖星的自轉能損功率可表示為

觀測表明，脈沖星風云是一個動力學演化系統，也就是其半徑和膨脹速度是時間的函數．通常情況，其演化過程可分為3個階段：自由膨脹階段、混響階段和謝多夫-泰勒階段．本文采用Bucciantini[9]等人于2011年提出的演化理論，則自由膨脹階段的半徑為

由于脈沖星風云中存在著磁場，因此星云內部高能電子在傳播的過程中，將受磁場的作用而發生同步輻射，從而產生射電波段至X射線波段的高能光子，采用Zhang[11]等人于2008年給出的輻射理論，則同步輻射光度可表示為

2 模型結果

圖1 脈沖星風云G0.9+0.1的能譜擬合結果

由圖1可以看出，本文模型可以很好地重建脈沖星風云G0.9+0.1的多波段輻射譜．圖形中：Syn表示同步輻射譜，IC-CMB，IC-FIR，IC-NIR，IC-SSC分別表示高能電子與微波背景光子、遠紅外背景光子、星際光子場和同步輻射光子的逆康普輻射譜，Total表示輻射總譜，Flux表示輻射流量，Energy表示光子的能量．能量范圍10-12~10-10MeV的射電波段觀測數據點來源于VLA，能量范圍10-4~10-1MeV的X射線觀測數據（交叉實線）來源于Newton-XMM，能量范圍102~105MeV的GeV波段觀測數據（虛線）來源于Fermi-LAT，能量范圍102~105MeV的TeV波段觀測數據點來源于H.E.S.S．由計算結果可以看出，脈沖星風云G0.9+0.1的射電與X射線譜產生于高能電子的同步輻射過程，而高能伽馬射線則主要產生于高能電子與遠紅外和近紅外背景光子的逆康普頓散射過程，且同步自康普頓過程對高能伽馬射線光子的貢獻非常小，可以忽略不計．

圖2 脈沖星風云G0.9+0.1的多波段輻射譜隨時間的演化

3 結果與討論

本文基于電子的演化方程、星云的動力學演化和輻射理論，構建了一個描述脈沖星風云多波段輻射的理論模型，并將模型應用于脈沖星風云G0.9+0.1，探討了該脈沖星風云的能譜輻射特性和動力學演化特性．結果表明，我們的模型能夠很好地重建脈沖星風云G0.9+0.1的多波段輻射譜（見圖1）．由模型結果可知，該脈沖星風云的射電和X射線譜產生于高能電子的同步輻射過程，高能伽馬射線產生于高能電子與遠紅外和近紅外背景光子的逆康普頓散射過程．基于能譜重建所得到的參數，還探討了該脈沖星風云的能譜隨時間的演化特性（見圖2）．由模型結果可知，由于該脈沖星風云具有復雜的動力學演化過程，導致其能譜也會隨時間演化變得非常復雜．當然，模型預測出該脈沖星風云能譜在2 000 yr之后的演化情況，還需要觀測的進一步檢驗．

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Modelling nonthermal emission and spectral evolution of pulsar wind nebula G0.9+0.1

FANG Qian，ZHU Jingping，WU Shaohua，LU Fangwu

（School of Physics and Electronic Engineering，Yuxi Normal University，Yuxi 653100，China）

The observations indicate that the photons emission from pulsar wind nebula G0.9+0.1 can be ranged from radio to TeV gamma-rays．A theoretical model which includes the multiband photon emission and dynamical evolution of the pulsar wind nebula is presented to investigate non-thermal radiative properties of G0.9+0.1．The calculated results reveal that the observed photon spectral energy distribution can be well reproduced in the framework of our model．According to the parameters obtained from the modelling results of the multiband spectrum， the spectral evolution of G0.9+0.1 is also investigated．The modelling results indicate the non-thermal spectrum of G0.9+0.1 have obvious changes as the increase of time．

pulsar wind nebula；G0.9+0.1；spectral energy distribution

O241.82∶P14

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2020.04.011

1007-9831（2020）04-0050-05

2019-11-01

國家自然科學基金青年項目（11803027）；云南省高等學校大學生創新創業訓練計劃項目（2018A12）；云南省應用基礎研究計劃高校聯合面上項目（2017FH001-017）

方倩（1996-），女，云南玉溪人，在讀本科生．

盧方武（1983-），男，江西九江人，副教授，博士，從事天體物理方面的研究．E-mail：sfweb@yxnu.edu.cn