《电磁学》课程教学资源（课堂拓展）关于脉冲星自转中子星理论模型的讨论

关于脉冲星自转中子星模型的讨论

关于脉冲星自转 中子星模型的讨论

·中子星的历史朗道理论关于武仙源脉冲星X射线辐射的解释1934年巴德等（Baade和Zwicky）提出超新星发出宇宙射线假说1967年11月乔斯琳.贝尔（JocelynBell）发现脉冲星1968年二月安东尼.休伊什在《nature》上发表提出脉冲星的假说获1974年诺贝尔奖

• 中子星的历史 • 1934年巴德等（Baade和Zwicky）提出超新星发出宇宙射线假说 • 1967年11月乔斯琳.贝尔（Jocelyn Bell）发现脉冲星 • 1968年二月安东尼.休伊什在《nature》上发表提出脉冲星的假说， 获1974年诺贝尔奖。 • 朗道理论关于武仙源脉冲星X射线辐射的解释

ANEUTRONSTAR:SURFACEandINTERIORCRUST:CORE:8888自转中子星模型HomogeneousNeutronMatterSuperfluid脉冲星的有关数据ATMOSPHERE半径10~30公里ENVELOPECRUST密度为亿吨/立方厘米量级。OUTERCOREINNERCOREMagnetfield内部压强约有1027atmPolarcapConeof openmagnetic频率为每秒钟一个到几fioldine个脉冲，最新的报道有上万赫兹Neutron SuperfluidNeutron SuperfluidNeutron VortexProtonSuperconductoNeutron VortexMagneticFluxTube脉冲星结构示意图

• 脉冲星结构示意图 • 脉冲星的有关数据 • 密度为亿吨/立方厘米量级。 • 半径10~30公里 • 内部压强约有1027 atm • 频率为每秒钟一个到几 个脉冲，最新的报道有 上万赫兹 • 自转中子星模型

蟹状星云脉冲星图磁场类似于地球灯塔模型

蟹状星云脉冲星图 • 磁场类似于地球 • 灯塔模型

脉冲星磁场的计算AccretionGeometryIl太阳表面平均磁场Bu约为Rotating,MagnetizedNeutronStar1.0T，半径Rsun70万公里FlowofHotPlasmaontoMagnetic PoleOppenheimer和Snyder提出脉冲星M临界=0.69Msun~2.0Msun此时R=9.42公里HotAcretionBukHonAaeretion DisBaym,Pethick,Suntherland得出中子星最大半径Rmax一164公里FlowofHotPlasmaonto Magnetic Pole稳定质量M=0.0925MsunMagneticField1.14MsunBeamedXRay&Gamma-RayBotationAxisEmissionfromHotSpotsatMagneticPolesofNeutronStar一般认为中子星半径为10～30公里由磁场中高斯定理fB·dS=0，有Bsun:4Rsun2=B·4r2，B=BsunRsun2/r2，取r=30公里，Bsun=1T，Rsun=70万公里，得B=5.5*108T。即B约为108~109T，可见磁场非常强

脉冲星磁场的计算 • 太阳表面平均磁场Bsun约为 1.0T，半径Rsun70万公里. • Oppenheimer和Snyder提出脉 冲星M临界＝0.69Msun~2.0Msun 此时R＝9.42公里 。Baym, Pethick,Suntherland得出 中子星最大半径Rmax ＝164公里 稳定质量M＝0.0925Msun～ 1.14Msun • 一般认为中子星半径为10～30 公里 • 由磁场中高斯定理 ∮B·dS=0 ，有Bsun·4πRsun 2=B·4πr2 ， B=Bsun·Rsun 2 /r2 .取 r=30公里 ，Bsun=1T ，Rsun=70万公里，得 B=5.5*108T。即B约为108 ~109 T，可见磁场非常强

关于脉冲星的儿个假设1，假设脉冲星没有磁场辐射是各向同性质的2，辐射的电子大部分从中子衰变中产生，并以接近光速从表面产生3，高速电子的辐射规律：辐射能量集中于辐射锥角△~y1，v越接近C，锥角越小。4，可以观测到脉冲，说明角很小，因此说明发生辐射的电子速度很大接近光速C

关于脉冲星的几个假设 • 1，假设脉冲星没有磁场辐射是各向同性质的。 • 2，辐射的电子大部分从中子衰变中产生，并以接近光速从表 面产生 • 3，高速电子的辐射规律：辐射能量集中于辐射锥角△θ~γ-1 ,v越 接近c，锥角越小。 • 4，可以观测到脉冲，说明锥角很小，因此说明发生辐射的电子速度 很大接近光速c

磁镜的示意图，范一艾伦带示意60

磁镜的示意图，范－艾伦带示意

具体解释为什么从两极辐射磁镜效应产生范一艾伦带束缚低能量电子高能量电子从磁镜中漏出碰撞到表面产生X射线在两极发生碰撞进入磁极辐射锥返回磁镜

具体解释为什么从两极辐射 • 磁镜效应产生范－艾伦带 • 束缚低能量电子 • 高能量电子从磁镜中漏出 • 在两极发生碰撞 碰撞到表面产生X射线 进入磁极辐射锥 返回磁镜

结论脉冲星产生脉冲信号的机制是一高速自转的中子星脉冲星靠其两磁极附近发射粒子束辐射，随自转的周期性变化产生脉冲信号地球接收到脉冲星主要从两极发射辐射，是由于磁镜效应对低能的电子的束缚和对高能电子在两磁极的漏出造成的进一步研究还需要电动力学量子力学等知识作为手段

结论 • 脉冲星产生脉冲信号的机制是一高速自转的中子星 • 脉冲星靠其两磁极附近发射粒子束辐射，随自转的周期性变化产生脉冲信号 • 地球接收到脉冲星主要从两极发射辐射，是由于磁镜效应对低能的电 子的束缚和对高能电子在两磁极的漏出造成的 • 进一步研究还需要电动力学量子力学等知识作为手段

参考文献【1】鲁道夫。基彭哈恩，千亿个太阳-恒星的诞生，演变，衰亡，湖南科一学技术出版社，1998：139，120，138文天，脉冲星，科学出版社，1978:37~38李承祖，赵凤章，电动力学教程国防科技大学出版社，1997：358，358胡友秋，程福臻，刘之景：电磁学，高等教育出版社，1997：287

参考文献 • 【1】鲁道夫。基彭哈恩，千亿个太阳——恒星的诞生，演变，衰亡，湖南科 学技术出版社，1998：139，120，138 • 文天，脉冲星，科学出版社,1978:37~38 • 李承祖，赵凤章，电动力学教程,国防科技大学出版社，1997：358，358 • 胡友秋，程福臻，刘之景：电磁学，高等教育出版社，1997：287