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1、·脉冲星探秘之八·脉冲星的光度、磁场和演化吴鑫基1823 中子星是恒星在核能源已经耗尽的情况下引力坍射电光度大约在10～10焦尔P秒的范围,和恒星的缩的产物。它仍然具有很高的温度,热能将以黑体辐光度相比差不多。然而,中子星的体积远比恒星小得射的形式辐射出去,但是这种能量通过各种冷却过程多。以太阳为例,它的半径是69.6万千米,中子星半14而耗散,不可能是脉冲星的主要能源。脉冲星的引力径只有10千米,中子星的体积要比太阳小3.3×10特别强,如果它是双星系统的成员,而且伴星不是致密倍。粗略地比对就可以知道脉冲星辐射能密度(单位星时,伴星的物质有
2、可能被吸积到脉冲星上,被吸积物体积的发射率)大得惊人,比太阳要高出十几个数量质的引力势能可以转化为别的能量形式,X射线脉冲级。双星就属于这种情形。但是大多数脉冲星不是双星系脉冲星的辐射是幂律谱,辐射强度随频率的增加-α统,在约占脉冲星总数5%的双星系统中,绝大多数的而迅速地减小。用公式S=S0V表示。S为流量密伴星都是白矮星或中子星,所以引力能不是脉冲星的度α,为谱指数,谱指数的典型值为1.5,高频段可达2主要能源。脉冲星的能量来自何方?以上,在低频处100兆赫到500兆赫之间存在频谱的地球有磁场,大约为0.6高斯。太阳有磁场,其普反转,这是辐
3、射在传播过程中产生的。图(1)给出有代遍磁场大约为几高斯,黑子区域的磁场比较强,可达几表性的3颗脉冲星的频谱。千高斯。有些磁场比较强的恒星,可达几千到几万高脉冲星辐射强度有几天到几年的长周期的慢变斯。在地球上的实验室里能制造出磁场的最高纪录是化,使得频谱的测量与解释变得困难。往往需要多个1千万高斯。星际介质的磁场最弱,只有百万分之一频段上的长期观测,用平均值来获得频谱。-4高斯(1高斯=10特斯拉)。那么中子星的磁场情况高度线偏振是脉冲星辐射的另一个重要特点。一怎么样呢?般地,线偏振度超过20%,强一点的要超过50%。PSR0906-49和PS
4、R1737-30很突出,分别是88%和一、脉冲星的辐射特性87%。线偏振就是电磁波的电矢量只在一个方向振动,偏振位置角代表其振动方向,它随平均脉冲的经度脉冲星平均脉冲的观测不仅带来了辐射区的种种平滑地变化,呈英文字母S的形状。有的脉冲星的偏信息,还给出辐射本身的特性。脉冲星的辐射有如下振位置角在某个经度发生90°的跳跃。圆偏振比较弱,特点:图2.脉冲星PSR0148-06的偏振观测结果,图下部的实线为强度,虚线为线偏振,点线为圆偏振;图上部曲线是线偏图1.有代表性的3颗脉冲星频谱振位置角·10·《天文爱好者》2000年第2期一般的只有5%,极少
5、数脉冲星的圆偏振达到20%左能是脉冲星的主要能源。脉冲星的周期很短,自转非右。图(2)是脉冲星PSR0148-06的偏振观测结果。常快,蕴藏了巨大的转动能。其周期缓慢地增加表明少数射电脉冲星也有其它高频段的脉冲辐射。它自转角速度逐渐变慢,这意味着自转能被释放出来了。们和蟹状星云的脉冲星PSR0531+21一样,从射电、光自转能是脉冲星最重要、也可能是唯一的能源,因此自学,到X射线、γ射线都有很强的脉冲辐射,都是幂律转能损率成为脉冲星光度的上限,并被称为自转能损谱。各波段上都具有主脉冲和中间脉冲,它们的形状光度。和位相都差不多。图(3)是蟹状星云
6、脉冲星在光学、X中子星绕它的自转轴快速旋转着。处在中子星不射线和γ射线频段的平均脉冲轮廓情况。船帆座脉冲同地方的物质角速度是一样的,但因离质量中心的距星PSR0833-45的情况要复杂得多,射电波段仅有主离不同而具有不同的线速度。脉冲星的转动能等于全脉冲,而在光学、X射线和γ射线上都有主脉冲和中间部中子星物质动能的总和。总动能的变化就是转动能脉冲,各个波段的平均脉冲在相位上都不同。还有一损率,其公式是:颗突出的脉冲星是PSR0633+1746(Geminga),它是在γdErot=-4π2IΡÛP-3dt射线波段发现的脉冲星,是唯一的一颗没有射
7、电辐射382式中I为转动惯量,数值为10千克米,转动能损率与的γ射线脉冲星。俄罗斯学者最近在100MHz低频上周期变率成正比,与周期的3次方成反比。年青脉冲观测到射电脉冲,而在高一些的频率上,仍未观测到,星的转动能损率都比较大,年老的则比较小,最大差别很可能这颗脉冲星射电频谱太陡。达到8个数量级。脉冲星光度主要由流量密度S和距离d决定,也二、脉冲星的能量来源和辐射区的张角有关。最简单的光度公式可以写为L2=Sd。脉冲星总辐射功率都比自转能损率小得多,如核能源已经耗尽的中子星,热能和引力能都不可31PSR0531+21的自转能损光度为4.47×1
8、0焦尔P秒,而2326射电光度约为10焦尔P秒,X射线光度约为10焦尔P28秒γ,射线光度约为10焦尔P秒。这不仅说明自转能是脉冲星最主要的能源,同时
