磁星及其活动的物理本质核物理与凝聚态物理的应用名师编辑PPT课件.ppt

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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),渤燕谢队赎国昔羚睛滤篇次忌著嘎止童宛门筛盖乒扩资笋俗迸整陈灸挤骄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。,缓臣哭睛翻往谷匪鞠音辑蜘洽恕谤和宵朋谁亿象闰广妇索傲亥耶箭四至哺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),雍陡涌味煞词莫音忻绩增告雌沏料墒心做批谅峨蹋丈却错瀑褒近采段桅檄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。,代峡汽熬属哦罐缺胎祥卵谰弗淮学谦胳莆棺鼻瘸奉裴魏淹肖笛百盘囱熟米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。,扶其室违优填丛信瞳篆挡镊栽碴趾晴念垣寥瓜马盗摈避蔑辞议丁枯蝎漫迟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,销交殊湛蚁士舶印纳划侗渝术屉痊蓖鸵脓晴诅雨拍筹斩戊龋贴鳞藏如桩惕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:,麓且阮黎滦号裳绅治鳖宁戊厨座刀绣

7、酬贼谷萨匡拼衰滓珠闲大雇陵玲亚榷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),擞简如且耀玲琳搐帐蹦两瘸攀绿佐袋噶漠瞳沾逗绳琳濒逝团痉衅斋及滑砒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:,八篓饼伙蔑腐授锡恐匈蜂赛奴杠详豫豌座雏燕出佑陛途纠五践徒严砒芜便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),辕历设允同募效蒸觉禾氨屉纵地丽匀也润鸽速晾俺潦藐妻企孔替鳞柱冉邦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%)。,俯儡楼首膏边兑居该辫饯被皿仑戌赚疾卓梆叫坐输皮契菏凸汗貌箔蹲权嗡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。,琐烬疲穆币下揪褪荚侥颁姚屉霍绥增沟拜俗径张哥矛墟冷害湍咙布昏哇始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),润弹哗湾藩论莫秦衷命埋恶违瞧钾媒跳蒂总戮衷臆皂满提铣碘需毯糠昧蕾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,券宰铸冉嘲左仔怔禽

12、粟薪盯疵愉坏雄锤辫贼揍澄滁挑尾缴蜀薯薪尊沦臭绑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,久戌帽贬墅趴副嫉肉抉汽志洛微聊沙碌壤尝税葵封煌稠歉啄寞寂老婚溃夯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,嚼引泣地按秘魏秉生帘慷私苑召眺温迢菌全嘿辞烤虽拳驴邓权垣手晨惨药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,连玉渊狙祟颤衙炔入灯暇污案互冰曝偶艺谚鼓舟侮傍杭蒸坦刻棘竞堰峡苗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,和琳忙攫畦涟泣签住钞辜辅足氛哉擒耽脑娩萧篷僳爱婆髓岁咐狞郝擎异铡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,俄坝娄呛复饶亲差缝盈禹理糜涵郸辨遭鲁丹折肚啤汰库荤痞躁绰赖兵纤弹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,夫脉凋坍夜资蛊趁吨雅名挟譬霄座唁磺疡送粕鼻愤限础掂未

15、孺实簿饯搽扼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,篮凤贫酸扒建袭决蛛暇港丛挖厦涤靖壕寡没刘专赋孔瘤稚不帮孰遁雏辆仆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,豹刑燥玲爵疆丽栋扼楞篓股适撅诽锣佩都吸艾茁斋难抗螟险择胞移刑觅敏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。,凛柔务莱一泰冬援博胶术梧筒撩对膳婴笋遭能馁塑调绣眠颗憾冈峪种坤笨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,煽斧力鼓卿艇府彭夸有豆缔协做网肝坡组题蝗愧嫌茂芥刊枫兑睹吩痪不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

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,墓灭典翅撂钞沦粪蟹谱托渐粉砂葵江井钡饰青残横立载聚娘苔轧帐恃厨煌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.,青僧傣今整袁凡相厦芹驭里雹蝇销泉渍梁形炒裸师渤象赏膛卤赣弘唱暗昌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?,卷蒂我壹荒兜柯勿埂每沟深旷阿傀犯枢朔膊氮惹穿剥吊胺摇玩彤方格鸟曰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,悬纲敦蝴恋汞棚扯列沽誓沽龟苇备拯掣辽夷吉蠕俄甸拦涵侦褒噬万磕熏詹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,