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1、脉冲星发射位置和过程云南大学张力2013年8月20日，国家天文台2013年脉冲星讲习班内容一、发射区的位置二、发射机制三、脉冲星高能辐射模型的一些问题19____________________TheemissionmechanismsA.G.Lyne&F.Graham-Smith,PulsarAstronomy，2011,CombridgeUniv.Press主要参考书和文献：Grenier，I.A.&Harding,A.K.2006，arXiv:astro-ph/0604072Harding,A.K.2007，arXiv:
2、0706.1542Harding,A.K.2007，arXiv:0710.3517Cheng,K.S.etal.2001，Inter.J.ofModernPhysicsA,16,4659一、发射区的位置为了说明此问题，我们首先扼要地介绍脉冲星的基本性质。1、基本特性（1）NS的最小平均密度和最大半径离心加速<引力加速（2）NS的转动能损、最小表面场强和特征年龄一般脉冲星磁层可用偶极磁场近似：对磁倾角为α的转子，类比电偶极子的拉莫公式，磁偶极子的磁偶极辐射功率为因为如果Bsinα不随时间变化如果P2>>P20不随时间变化2、磁偶
3、极场（1）脉冲星由一等离子体磁层所包围（为什么？）以二维磁层且为例：在中子星外部Sturrock,Astrophys.J.164,529(1971).可以证明：（NS表面）比较电力和作用于一粒子上的引力：如果中子星外部是真空的，该星可产生巨大的电场从表面抽出离子。所以中子星（脉冲星）必须由等离子体所包围。因为等离子体是极好的导体，在稳态中，该等离子体必须与该星共转和满足无力条件：所有r处有即Goldreich-Julian电荷密度。磁球中电荷密度：（2）脉冲星磁球中一些重要的区域☆零电荷面（Nullsurface）:☆光柱面：
4、当共转速度为光速时，共转条件破坏。该条件定义了一个柱表面，其中☆闭场线（closefieldlines）:光柱内闭合的场线；开场线（openfieldlines）:穿过光柱的场线。☆极冠（polarcap）:所有开场线都穿过恒星表面上的一个面，其面积为☆注意:在磁层中，沿任何一根磁场线，满足下式：（3）具有磁倾角α脉冲星的磁层：二维情况：见Kapoor&shukre,1998,ApJ,501,228三维偶极场（静态和延迟）：Cheng,Ruderman&Zhang,2000,ApJ1、外间隙发射标准的脉冲星磁层见右图。基本参数
5、：一般认为，在脉冲星磁球中存在两个加速区：极冠区和外间隙。简言之，外间隙是位于开场线附近的的一个表面，且延伸到或超出光柱；在该间隙内加速的电子和正电子在很高的能量且产生高能伽玛射线。外间隙中，高能光曲线与加速区几何、辐射机制、磁倾角和视角有关。容易产生在每次转动中的双峰轮廓。GemingaVenteretal(2009)等证明了这样的模型可实际地解释观测到的脉冲的所有特征。模型和观测之间符合的细节取决于沿间隙的发射的径向依赖。例子见图（Romani&Watters2010）。2、射电发射的源由观测到的射电的积分脉冲轮廓可以导出
6、，来自正常脉冲星的大部分射电发射起源于极冠，而有时，特别是年轻的脉冲星，也起源于外间隙。正常的射电发射：观测到几何显示在极冠内的一个起源。3、极冠发射在极冠处的射电源：由在一个很好定义的磁极周围和之上的间隙区域中对产生级联产生的甚高能粒子束相干发射。相干的射电发射的机制未被很好地理解。考虑磁轴与转轴平行的磁偶极子情况。Goldreich和Julian磁层因为沿一根磁场线，sin2θ/r=const.，故在某表面(a,θs)处的极角为在角处，场线与半径矢成角于是有：（1）半径a的一颗脉冲星以磁纬度的形式表示极冠直径为（2）表面处
7、限制的场线的锥所确定的束的角宽度是Kijak&Gil(1997)使用了在单个射电频率（0.4GHz）处直到1%的低强度水平测量到的脉冲宽度，使用几何修正（如第15章），找到了一组脉冲星的发射半径。P(s)大多数PRS的总轮廓宽度与射电频有关：宽度随增加频率而增加。这解释为半径r（发射高度）和频率之的一个关系，称为RFM（radiustofrequencymapping）。RFM的概念由Ruderman&Sutherland(1975)引入：发射高度可通过局部等离子体密度确定，其中假定观测到束宽仅由在该高度处场线的扩展确定。近似
8、！如果观测到射电发射的外锥分量，则清楚角宽度与频率的相关。Thorsett(1991)说明外分量的间隔Δθ满足：Mitra&Rankin(2002)说明对于具有清楚确定的外分量的脉冲星，该关系应用于总的辐射的束宽ρ以及观测到的分量间隔。在低频处，Kijak&Gil(1997）
