脈沖星的高輻射能課件

1、脈沖星的基本特性2、脈沖星的觀測結(jié)果3、描述脈沖星高能輻射的模型

－外間隙模型內(nèi)容1、脈沖星的基本特性2、脈沖星的觀測結(jié)果3、描述脈沖星高能輻11）中子星觀念的提出1、脈沖星的基本特性Baade&Zwicky(1934)提出宇宙中存在中子星

Oppenheimer&Volkoff(1939)估計了中子星的第一個態(tài)方程：質(zhì)量～1.4太陽質(zhì)量；半徑～10公里；密度～1014gcm-3.Pacini(1967)提出來自轉(zhuǎn)動的中子星的電磁輻射可以驅(qū)動Crab星云

1）中子星觀念的提出1、脈沖星的基本特性Baade&Zw2PulsesfromtheVelaPulsar2）脈沖星的發(fā)現(xiàn)1967年，JocelynBell每天早上在射電望遠鏡中都觀測到短的、規(guī)則的、象時鐘一樣的輻射脈沖。Hewish等人(Hewishetal.1968,Nature)發(fā)現(xiàn)了一顆射電發(fā)射的快速脈沖源—PSRB1919+21.

Gold(1968,Nature)指出脈沖星就是表面磁場～1012G的中子星。PulsesfromtheVelaPulsar2）脈33）脈沖星的分類☆孤立中子星：通過快速自轉(zhuǎn)變慢輻射能量（一般<1sec,dP/dt>0)。☆脈沖X射線源：雙星系統(tǒng)中的致密天體（一般為中子星）；從正常伴星中吸積物質(zhì)(P～10ssecs,dP/dt<0)?！罘闯射線脈沖星和軟伽瑪重復(fù)爆：3）脈沖星的分類☆孤立中子星：通過快速自轉(zhuǎn)變慢輻射能量（44）中子星的基本參數(shù)☆參數(shù)：半徑：

R~10km(104m)密度：

ρ~1018kgm-3=1015gcm-3質(zhì)量：

M~0.2-3.2solarmasses☆磁場來源：恒星周圍磁場的積分為一常數(shù)，即磁通常數(shù)。于是中子星和太陽表面磁場之比為太陽表面場：～0.01Tesla.中子星表面磁場：

B～5x107Tesla=5x1011Gauss！4）中子星的基本參數(shù)☆參數(shù)：半徑：R~10km54）脈沖星輻射的能源☆脈沖星的兩個直接觀測量：周期（P），周期倒數(shù)（dP/dt>0)?！钜延^測到大部分脈沖星自轉(zhuǎn)變慢，即dP/dt>0。所以它們損失轉(zhuǎn)動能－可以說明觀測嗎？4）脈沖星輻射的能源☆脈沖星的兩個直接觀測量：周期（P），6☆轉(zhuǎn)動磁偶極子的能損：☆磁場與周期和周期倒數(shù)的關(guān)系：☆脈沖星年齡的估算：☆轉(zhuǎn)動磁偶極子的能損：☆磁場與周期和周期倒數(shù)的關(guān)系：☆7

PulsarpictureLightcylinderOpenmagnetosphereRadiobeamr=c/wBClosedmagnetosphereNeutronstarmass=1.4solarmassesradius=10kmB=10to10Tesla49PulsarpictureLightcylinderO8PulsarmodelPulsarmodel92、脈沖星的觀測結(jié)果1）射電波段：2000顆脈沖星

2、脈沖星的觀測結(jié)果1）射電波段：2000顆脈沖星10脈沖星的高輻射能課件112）X射線波段：51顆X射線脈沖星彩色的符號表示探測到X射線脈沖轉(zhuǎn)動驅(qū)動的脈沖星分布★28顆正常脈沖星★

23顆毫秒脈沖星2）X射線波段：51顆X射線脈沖星彩色的符號表示探測轉(zhuǎn)動驅(qū)動123）高能伽瑪射線：History:SAS2,COSB(1970’s-1980’s).EGRET(1990’s)Comingsatellite:GLAST3）高能伽瑪射線：History:SAS2,COSB(13（1）EGRET觀測成果IncreasednumberofID’ssourcesbylargefactors（1）EGRET觀測成果Increasednumbero14發(fā)現(xiàn)了170顆未證認的伽瑪射線源發(fā)現(xiàn)了170顆未證認的伽瑪射線源15（2）觀測到的伽瑪射線脈沖星☆

Crab脈沖星☆

Vela脈沖星☆

PSRB1509－58☆

PSRB1046－58☆

PSRB1706－44☆

PSRB1951＋32☆

PSRB1055－52☆

Geminga脈沖星（2）觀測到的伽瑪射線脈沖星☆Crab脈沖星☆Vela脈16Pulsesatmulti-wavebandsPulsesatmulti-wavebands17Energyspectraofgamma-raypulsarsEnergyspectraofgamma-raypu183、描述脈沖星高能輻射的模型目前有兩類公認的模型：（1）內(nèi)間隙模型(Hardingetal.1978,ApJ225,226;Daugherty&Harding1982ApJ252,337;1996ApJ458,278;Zhang&Harding,2000,ApJ;Sterneretal.1995,ApJ445,736).（2）外間隙模型(Cheng,Ho,Ruderman,1986,ApJ300,500;300,522;Chiang&Romani1994,ApJ436,754;Romani,1996,ApJ470,469,Zhang&Cheng1997,ApJ487370;Hirotani&Shibata2001,MNRAS325,1228)3、描述脈沖星高能輻射的模型目前有兩類公認的模型：（1）內(nèi)19Schematicgeometryofpolarandoutergaps.Darksolidregionsarethingapsofyoungerpulsars.HatchedregionsarethickgapsofolderpulsarsSchematicgeometryofpolaran20（1）我們的外間隙模型正負電子由外間隙中

E||加速相對論性e+/e-通過同步曲率輻射和IC過程產(chǎn)生高能伽瑪射線來自表面的軟X射線由回流電流與NS表面碰撞產(chǎn)生。在外間隙中高能伽瑪射線與這些軟X射線碰撞產(chǎn)生正負電子對，從而維持外間隙存在。（1）我們的外間隙模型正負電子由外間隙中E||加速相對論21我們的厚間隙模型（Zhang&Cheng,1997,ApJ）Outergapsize：Luminosity：Spectrum我們的厚間隙模型（Zhang&Cheng,1997,A22

特點：(1)自洽性;(2)普適性。對一給定的脈沖星（即周期P和表面磁場B已知），可估計伽瑪射線光度和能譜。特點：23依次模型，我們開展了系列的工作Conversionefficiencyofgamma-raypulsars.Thestatisticsofgamma-raypulsars.RadiationfeaturesofX-raypulsars.ThestatisticsofX-raypulsars.Thecontributionofgamma-raysfrompulsarstoGalacticgamma-rays.6)ThecontributionofpositronsfrompulsarstoGalacticpositrons.

7)Unidentifiedgamma-raysourcesandgamma-raypulsars.依次模型，我們開展了系列的工作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弱磁場，短周期Zhang&Cheng,K.S.2003,A&A,398,6393)MSPulsars’HEEmission弱磁場，284)NewversionofoutergapmagnetospheregeometryinclinationeffectObservationindicates(Thompsonetal.2001):

LL?sd.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謝謝！謝謝！37脈沖星高能輻射平均譜

Zhang&Cheng,1997,ApJ,487,370Cheng&Zhang,1998,ApJ,498,327脈沖星高能輻射平均譜Zhang&Cheng,19938脈沖星輻射的轉(zhuǎn)換效率Return

Zhang&Cheng,1998,MNRAS,294,177Solidboxes:OursEmptytriangles:Harding,1981Emptydiamonds:Dermer&Sturner1994脈沖星輻射的轉(zhuǎn)換效率ReturnZhang&39

X-射線脈沖星的輻射特性

Return

Cheng,Gil&Zhang,1998,ApJ,493,L35Cheng&Zhang1999,ApJ,515,337X-射線脈沖星的輻射特性40

X-射線脈沖星的統(tǒng)計性質(zhì)

Return

Zhang&Cheng1999,ApJ,526,327X-射線脈沖星的統(tǒng)計性質(zhì)41

射線脈沖星的統(tǒng)計特性

Return

Cheng&Zhang1998,ApJ,498,327射線脈沖星的統(tǒng)計特性42

射線脈沖星產(chǎn)生的射線對銀河射線的貢獻Zhang&Cheng,1998,MNRAS,294,327Return射線脈沖星產(chǎn)生的射線對銀河射線的貢獻Zhang43CosmicpositronsReturn

Comparisonofobservede+/(e-+e+)ratiowithpredictedones.Theshort-dashedcurveistheratioofpositronbackgroundandtotalelectronbackgroundgivenbyMoskalenko&Strong(1998).Thesolid,longdashedanddot-dashedcurvesaretheratiosincludingthecontributionofthematuregamma-raypulsarswithbirthratesofoneper100yrs,oneper50yrsandoneper30yrsrespectively.(Zhang&Cheng,2001,A&A)Cosmicpositrons44未證認的射線源與射線脈沖星的關(guān)系

Solidlines:gamma-rayselectioneffectDashedlines:radio&gamma-rayselectioneffectsZhang&Cheng,1998,A&A,335,234Zhang,Zhang&Cheng,2000,357,957未證認的射線源與射線脈沖星的關(guān)