基于脈沖星雙極外間隙模型的三維輻射投影研究

摘 要：脈沖星由于其自身所具有的極端物理環境而受到廣大天文和天體物理工作者的關注，而研究脈沖星的外層磁場結構和荷電粒子的運動對揭示脈沖星的本質有著至關重要的作用。在Tang APS等人提出的脈沖星兩極外間隙輻射模型的基礎上，以脈沖星PSR J2229+6114為例做了如下工作：（1）基于雙極外間隙模型數據模擬了脈沖星外層的三維磁場結構；（2）對脈沖星外層的荷電粒子流進行了分析；（3）結合脈沖星外層的荷電粒子與磁場的相互關系，對脈沖星PSR J2229+6114不同磁傾角下的輻射投影進行了數據模擬。

關鍵詞：脈沖星；外間隙模型；磁場結構；輻射投影

脈沖星被認為是發射周期性脈沖信號的旋轉中子星。脈沖星具有極高的密度，很強的磁場，對周圍星體的引力效應顯著。脈沖星的這些極端物理條件自然引起了物理學工作者和天文學工作者極大興趣，為了研究脈沖星的多波段輻射機制科研工作者建立了不同的輻射模型。根據星體表面荷電粒子加速區位置的不同存在著三種典型的輻射模型：一種是極冠（polar cap）模型（也稱內間隙模型），該模型認為其粒子加速區從星體極冠表面一直延伸到幾個中子星半徑處。一種把極冠模型的加速區向外延伸提出了狹長間隙（slot gap）模型。另外一種是外間隙（outer gap）模型，其粒子加速區從零電荷面一直延伸到光柱半徑RLC處。基于Tang APS等人的雙極外間隙模型的基礎上，通過采用Runge-Kutta數值模擬的方法結合新發現的脈沖星PSR J2229+6114的數據給出其星體的極冠和最后一條閉合磁場線，考慮到荷電粒子在磁場中的流動進一步模擬給出了脈沖星的輻射投影。

1 雙極外間隙模型的磁場模擬

Cheng，Ho Ruderman（1986）建立了中子星的外部磁層間隙模型。在該模型里，由于整體電荷的流動在零電荷面附近產生電荷真空的區域，稱之為外間隙。很多科研工作著為外間模型的研究做出了非常多的貢獻，直到后來考慮到外間隙內外邊界的粒子流，Tang et al.（2008）提出了三維的雙極外間隙模型。此處基于雙極外間隙模型，以脈沖星PSR J2229+6114為例，模擬三維延遲的偶極磁場。

4 結束語

脈沖星的很多特殊的極端物理現象吸引著物理和天文科技工作的注意，對脈沖星結構的研究由來已久，脈沖星磁場結構就是其中的一個重要方面，了解脈沖星的磁場結構對于解釋脈沖星的輻射幾何有重要的作用。基于Tang APS等人2008年提出的雙極輻射外間隙模型，結合脈沖星PSR J2229+6114的觀測數據模擬出了脈沖星磁球層的基本結構。首先，我們對的磁球層結構和輻射過程進行模擬，其次，繪制了脈沖星的靜態磁場和動態磁場的極冠外形，給出了最后閉場線的三維圖像，最后給出了脈沖星PSR J2229+6114輻射投影。經分析后發現基于雙極輻射外間隙模型模擬得到的輻射投影圖像跟觀測數據基本一致。

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作者簡介：王進平（1982-），男，漢族，湖南永州人，助教，碩士，主要從事中子星、脈沖星方向的研究。