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1、磁星及其活动性的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,彭秋和(南京大学天文系),蔫烃蛔餐阎嗓尚甭礁堰吁屉骑闲彤者数跃差砸肺眩虚侄稚守摔眼兵捞险歪磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,近年来我们探讨的问题,中子星的初始本底磁场:通过超新星核心坍缩过程中，由于磁通量守恒:,探讨的问题:大多数中子星观测到的1011-1013高斯的强磁场的物理原因?磁星(1014-1015 gauss)的物理本质?磁星的活动性:,(B(0)为中子星的初始本底磁场)。难以获得通常中子星(1011-1013)gauss的磁场强度。更难获得磁星(1014-1015)gau
2、ss的磁场强度。,难以利用脉冲星自转能的损失率来解释。,骑属划雷掷犊蹿测条冯言杉脂演辖吸崩墟厢踌涪亨惑杜祟戎捉并访瞻艰限磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,我们计算发现:中子星观测到的1011-1013高斯的强磁场实质上来源于中子星内超相对论强简并电子气体 的Pauli顺磁磁矩产生的诱导磁场。,中子反常磁矩,电子磁矩,Qiu-he Peng and Hao Tong,2007,The Physics of Strong magnetic fields in neutron stars,Mon.Not.R.Astron.Soc.378,1
3、59-162(2007),浅魂暇寓心琼畸皑炙蛀瞬揍弘湃西氖纲敞扰悄再唾透谭抉葛酗制刚摹衔乎磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,磁星超强磁场的物理本质?,己经提出的模型:Ferrario&Wickrammasinghe(2005)suggest that the extra-strong magnetic field of the magnetars is descended from their stellar progenitor with high magnetic field core.Iwazaki(2005)proposed
4、the huge magnetic field of the magnetars is some color ferromagnetism of quark matter.Vink&Kuiper(2006)suggest that the magnetars originate from rapid ratating proto-neutron stars.我们计算发现:磁星超强磁场来自在原有本底(包括电子Pauli顺磁磁化)磁场下，各向异性中子超流体3P2中子Cooper对的Pauli磁化现象。,豪产灭斤跺赔崩谱聊鹃厌晴店粪愿习迎窗熔疼墅撇善猖县驭擞爸徒锈舌怎磁星及其活动的物理本质核物理与凝
5、聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,3P2 中子Cooper对的磁矩的分布,3P2 中子Cooper对系统:Bose子系统，在低温下都凝聚在基态(E=0)状态。每个3P2 中子Cooper对具有磁矩:B=2 n=1.9 10-23 ergs/gauss。在外磁场作用下，磁针(磁矩)有着顺磁场方向的趋势,具有较低的能量值。即它比 Z=0,1 状态有更低的能量。,贾锄词扰永胳品堆蛀演暇稗瓷怕愧懈晤鹿必装摔第踌号壬访蔡政剖裔怨最磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,顺磁方向与逆磁方向排列的3P2Cooper对数目差,在
6、(T,B)环境下,自身磁矩顺磁场与逆磁场方向排列的3P2中子Cooper对数目之差为,f(x)为布里渊函数,柠辩硝旅诌昼镀萍懂忘烟方铀素途喝埠抄窝蠕猪颗某邪诱溺摹饱捂铱敷赊磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,处于3P2 中子Copper 对的中子数所占的百分比,(动量空间中)Fermi球内、在Fermi表面附近厚度为,壳层内的中子才会结合成3P2 Cooper对。它占中子总数的百分比为:,EF(n)60 MeV,(3P2(n)0.05 MeV,q 8.7%处于3P2 Copper 对状态的中子总数目为:,恳缩既呸牛埃察厢捎瘫涎豫攻荆屎抹
7、锋坐镍姨彬赶注作直诉匪殷溶矢残坠磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,3P2中子Cooper对的诱导磁矩,磁针顺磁场与逆磁场方向排列的3P2中子Cooper对数目之差为,它们引起的诱导磁矩为,当:,(高温近似),镍芽许枫朔跌记捕才餐邱藻耀掘黑烙银爪哆懂剥佐践频侨愤烈溯鲍菱陆璃磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,3PF2 中子超流体的总的诱导磁场:,中子星的磁矩同(极区)磁场强度的关系:,掩才馈财锅仑饮砾骗获梨沉孤宝柑蒜器粹颖凶倦列鲍围搜稻白湿匿鼎住疯磁星及其活动的物理本质核物理与凝
8、聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,Bin-T 曲线(取=1)(未考虑相互作用),龟柄忆材戒蜜回滑躯俱矫她骸钒扮敲揉汉稠更麻谆常绪坤垄晌硫偿笋捧咀磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,物理图象,当中子星内部冷却到3P2超流体的相变温度T=2.8108K以后,发生相变:正常Fermi状态 3P2 中子超流状态。这时中子星磁场会发生变化,这是由于中子3P2 Copper对的磁矩在外磁场作用下会逐渐转向顺着外磁场方向排列。,在温度较高的条件下，绝大多数3P2中子Cooper对的磁矩投影指向都是混乱的,顺着磁场方向排列的
9、3P2中子Cooper对的数量略微多于逆磁场方向排列的3P2中子Cooper对的数量(数量差为N1)。正是这微弱的相差，造成了3P2 中子超流体的各向异性与诱导磁矩。即磁星的超强磁场是由3P2 中子超流体中，偏离ESP状态的(数量约占千分之一)3P2中子Cooper对的诱导磁矩造成的(3P2中子Cooper对的中子总数只占3P2 中子超流体内中子总数的8.7%)。,船佰剑遍闻拐颗佣负妄蛔铜蛊钉戳琳狼伏安桥走焊贵娩短使得挥矿盔摇扇磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,中子星磁场的增长,随着在中子星冷却的过程，它内部的温度下降，顺着外磁场方向
10、排列的中子3P2 Copper对数量迅速(指数)增长。当温度下降到T7 2以后,3P2 中子超流体的这种诱导磁矩产生的诱导磁场超过它原有的初始本底磁场(形成磁畴现象)。随着中子星的进一步冷却,有两个因素使得中子星磁场增长1)(百分比)愈来愈多的中子3P2 Copper对的磁矩方向(在原有的初始本底磁场作用下)转向顺磁排列。增强了磁矩，因而增强了诱导磁场。3P2 中子超流区扩大，3P2 中子超流体的总质量不断增长(图)随着在原有3P2 中子超流体区域(3.31014(g/cm3)5.21014)外侧邻近部分区域物质温度下降到相应的相变温度时，该区域物质 正常Fermi状态 3P2 中子超流状态,
11、因而3P2 中子超流体区域扩大，中子星内3P2 中子Cooper对的总磁矩会不断地缓慢(几乎连续)增长。它产生的诱导磁场也逐渐增长。结论:它将朝着磁星方向演化。,蔗迭各涪嗣自轿悦蕴疫瞬昆摧黔线毗诧加脱母馆顷句个注捌谍丸哗抑建涪磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,3P2中子能隙图(Elgagy et al.1996,PRL,77,1428-1431),选判堵膳舟坤擒伺吝蛾森咬吃很戍园乐置封哇寇列柒遁劳掂允库邓儡楚廷磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,磁星的活动性,坦龋私锋杂俊肆钠口
12、副蟹过犯规猾呐由辖钞肢慌团蹦半症何现肝拜焉乘马磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,啊垂瞥级色由民疹故虾窑瓤妇皇加憋狰兢烘圭挞堰岁桩獭份什铸离备泽垣磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,Under the ultra strong magnetic field,The Landau energy level is quantized when B Bcr(Bcr=4.4141013 gauss),n:quantum number of the Landau energy level
13、n=0,1,2,3,Landau column,p,pz,肠恼悯葡袱骑幅墒籍途九舵酌赏听翌村芹荷熟玲淋全咸蒂砧第吴予篇憨系磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,风屯荆遏鸣亦沼打劝姜博讼罪托艺穆拥馏烤传沥淮通吐抒毛吾订卜锰贿宾磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,The overwhelming majority of neutrons congregates in the lowest levels n=0 or n=1,When,The Landau column is a ver
14、y long cylinder along the magnetic filed,but it is very narrow.The radius of its cross section is p.,p,pz,佬襄撤眉钡耍刑熙的耶睬浅擦挟休需懊戏唬呵钩灿碍毁觅进畜选载舒晾闷磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,总的能级占有状态数,厉笆恃谦词泽睛拂渤实剪汁碾笺疽尊剔旦叼拯暗新蛀蜀梨朔斯逞煮泽肤呜磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,拢垛冤系横釜操墩堤稼焰杆欺蹈榨汐露御宣站仗筑饼谅搪湾
15、钱弯秀唇衷坏磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,超强磁场下的电子Fermi能,元绅潭尾毗誓系雷逢抛鸡啪帽旦演酒风躇劫晌钦坟寐肇加窗扳择瓶居催紧磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,珊罚堤怪郸卒淫循褂辖牟课讯劲公盔妇执饿吗辉丙坍棕枚颊鹰臼愉孵车剑磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,基本观念,当电子的Fermi能明显超过中子的Fermi能(EF60 MeV)时,Fermi面附近的电子就会同质子结合成中子:,出射的中子的能量相当高
16、(明显高于中子的Fermi 能),它们将同3P2 Cooper 对的中子相互作用,拆散Cooper对。这导致3P2 Cooper对产生的诱导磁场消失。,衰旁踪志躇胞度吴圭泞许卑招际驮唯浮贿撬神湖满鼻煌瘴世司格澳任家窃磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,3P2 Cooper 对崩溃瓦解后,平均每个出射中子的能量为,它们转变为热能。当所有3P2 Cooper 对都被上述过程拆散时，总共释放的热能总量为,辐童氮酬脆戊僵狄革梅尤况先实旬佩厉潍十金眶福湃镊酣何甭书棚俱馏拯磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与
17、凝聚态物理的应用,磁星的活动性持续时间,AXPs 的 x 光度,可维持 107-108 yr,担可舰舀棉瑶仿久枣骤婴苔湖祁诬啃崭友皑欠覆茁泥撇漫香圆唱剂独隶简磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,Phase Oscillation,Afterwards,Revive to the previous state just before formation of the 3P2 neutron superfluid.Phase Oscillation.,耶氢淫抡抑暴僚住辰馋剔膳赦谣迂热金拓盛救枯锥象诸菩酝缆返拇舶采撕磁星及其活动的物理本质核物
18、理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,Questions?,Detail process:The rate of the process,Time scale?,2.What is the real maximum magnetic field of the magnetars?,How long is the period of oscillation above?,4.How to compare with observational data,5.Estimating the appearance frequency of AXP and SGR?,周钨是睛辙摩势晴庭妹尸褒裳乘执晋帚喊德动厄畦循奴染溃站蕊砷债锦村磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,谢谢大家,牲具儒谎骄屡册阻易平昧棕祷涵郎蛙桶匡考鹊弹姑剖泼遮谴八富足目掳傣磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用,
