磁星的物理本质与活动性学习教案

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1、会计学1磁星的物理磁星的物理(wl)本质与活动性本质与活动性第一页，共38页。欲探讨欲探讨(tnto)(tnto)的问题的问题: :磁星磁星(1014-1015 gauss)(1014-1015 gauss)的物理本质的物理本质? ?磁星的活动性磁星的活动性: : 3436(1010 )/secxLerg难以利用脉冲星自转难以利用脉冲星自转(zzhun)能的损失率来解释。能的损失率来解释。而且磁星的表面温度而且磁星的表面温度107 K, 远远超过通常中子星的表面温度远远超过通常中子星的表面温度 (105-106 K)第1页/共38页第二页，共38页。gaussergn/10966. 023第2

2、页/共38页第三页，共38页。核心核心(hxn)(1km)3P2(各向异牲各向异牲) 中子中子(zhngz)超流涡超流涡旋区旋区 (5-8)% 质子质子 ( II 型超导体型超导体?) (正常正常)电子电子Fermi气体气体 = (g/cm3)10141011107内壳内壳超富中子超富中子核、晶体核、晶体、自由电、自由电子子 外壳外壳(重金属晶体重金属晶体)夸克物质夸克物质 ?51014104第3页/共38页第四页，共38页。3P2中子中子(zhngz)超流涡旋超流涡旋(3P2中子中子(zhngz)Cooper 对对: 自旋自旋=1, 各向异性各向异性, (反常反常)磁矩磁矩 10-23 c.

3、g.s.) n(3P2) n(3P2) max 0.05MeV (3.31014 (g/cm3) 2, T7 2, 这种由各向异性这种由各向异性(3P2)(3P2)超流体超流体(lit)(lit)内产生的诱导磁场远低于中子星的本底磁场内产生的诱导磁场远低于中子星的本底磁场( (主要由相对论主要由相对论性简并电子气体的性简并电子气体的PauliPauli顺磁性产生的强磁场。但是，随着中子星内部冷顺磁性产生的强磁场。但是，随着中子星内部冷却，温度下降，由各向异性却，温度下降，由各向异性(3P2)(3P2)超流体超流体(lit)(lit)内产生的诱导磁场将逐渐内产生的诱导磁场将逐渐增加。当温度下降到

4、远低于增加。当温度下降到远低于)0()(BBBin)0(17)() 19 . 1(BTBin71/(1.9 )2T这种诱导磁场这种诱导磁场(cchng)将会超过原初本底磁场将会超过原初本底磁场(cchng)。形成磁。形成磁畴畴(铁磁体铁磁体)(B 107 K )第11页/共38页第十二页，共38页。nBkT (B 107 K )( )bf x(071.40 ()xbbT ()maxininBbB(0)(0)()maxinBbB()max(/)innBBfB kT( )4 /31f xxx)0()(BBBin令令(0)0b7210cTK 从顺磁磁化从顺磁磁化(chu)体向铁磁体体向铁磁体(磁畴磁

5、畴)的相变的相变, 相变温度可由令相变温度可由令第12页/共38页第十三页，共38页。第13页/共38页第十四页，共38页。3()33322max22()()()1.0 10 ( . . .)0.1totAnSunmPPqN mPc g sm由它产生的诱导由它产生的诱导(yudo)磁场的上限为磁场的上限为B(in)max()14max2.02 10inBgauss(/)10fB kTwhenT因为因为第14页/共38页第十五页，共38页。第15页/共38页第十六页，共38页。绝大多数绝大多数3P23P2中子中子CooperCooper对的磁矩投影指向都是混乱的对的磁矩投影指向都是混乱的, ,顺

6、着磁场方向排列顺着磁场方向排列的的3P23P2中子中子CooperCooper对的数量略微多于逆磁场方向排列的对的数量略微多于逆磁场方向排列的3P23P2中子中子CooperCooper对的对的数量数量( (数量差为数量差为NN1) 1) 。正是这微弱的相差，造成了。正是这微弱的相差，造成了3P2 3P2 中子超流体中子超流体(lit)(lit)的各向异性与诱导磁矩。即磁星的超强磁场是由的各向异性与诱导磁矩。即磁星的超强磁场是由3P2 3P2 中子超流体中子超流体(lit)(lit)中，偏离中，偏离ESPESP状态的状态的( (数量约占千分之一数量约占千分之一) 3P2) 3P2中子中子Coo

7、perCooper对的诱导对的诱导磁矩造成的磁矩造成的(3P2(3P2中子中子CooperCooper对的中子总数只占对的中子总数只占3P2 3P2 中子超流体中子超流体(lit)(lit)内内中子总数的中子总数的8.7%)8.7%)。第16页/共38页第十七页，共38页。( (见图见图); ); 第17页/共38页第十八页，共38页。第18页/共38页第十九页，共38页。第19页/共38页第二十页，共38页。第20页/共38页第二十一页，共38页。第21页/共38页第二十二页，共38页。224222(, , ,)(21)2zzeEp B nm cp cnmcB 2242222zEm cp c

8、p c2( , ,)2 (21)epB nmnB n: quantum number of the Landau energy level n=0, 1,2,3Landau columnppz20( ) 0.927 10/Beerg gauss第22页/共38页第二十三页，共38页。crBBThe Landau column is a very long cylinder along the magnetic filed, but it is very narrow. The radius of its cross section is p .ppz第23页/共38页第二十四页，共38页。21

9、/ 221/ 2(, ,)(,0,)exp ()21 ()1 /zzzzBBP p nP p nppanbabkTpp 21/ 2(, , , )()21 zzBpE p nBanbp 9771.38 100.86kTTergTerg0.261 /crbB BMeV22(0.511)0.2611()aMeV21/ 221/ 2(, ,1)(,0,1)exp ()2 () /zzzzBBP p nP p nppan babkTpp 1/ 20.511()/BcrBpMeVcB第24页/共38页第二十五页，共38页。(,1,1)1(,0,1)zzP p nP p n 即即: :当温度低于当温度低于

10、107K,107K,磁场超过磁场超过LandauLandau临界磁场的状态下临界磁场的状态下，在沿垂直磁场方向上，电子几乎都集中在，在沿垂直磁场方向上，电子几乎都集中在 n = 0,1,2,3 n = 0,1,2,3 的的Landau Landau 基态上。基态上。我们我们(w men)(w men)可以忽略可以忽略 n 100 . n 100 .( pz pF )第25页/共38页第二十六页，共38页。4(1)7(,)10 (/)0,0ezcrcrBBg pB BTBkTmax30(, , )04(,)(,0)(, ,)(,)(,0,)FzpetotalzzzcrnpBezzncrzBBNg

11、 ppp np dpBkThBP p nBg pBkTP p n近似近似(jn s)估计估计第26页/共38页第二十七页，共38页。n=0n=1n=4n=3n=2n=5n=6pzp第27页/共38页第二十八页，共38页。pp222( , ,)(21)2/eepB nnm cBc 估算估算( sun)222222(1)( )4/20.261(/ )eecrpppnpnm cB cBMeV cB( (与量子数与量子数n n无关无关(wgun)(wgun)由由62( )340.261(1.6 10 )(,)()zetotalFzcrcrBBBNEg phcBBkT第28页/共38页第二十九页，共38

12、页。totalAeNN Y第29页/共38页第三十页，共38页。NoImage62( )340.261(1.6 10 )(,)()zeFzAecrcrBBBEg pN YBBkThc( )611275.02 10( (,) ()()()0.055 10 ()()()0.05zeeFzcrnuccrenuccrBYBBEg pMeVBkTBYBTMeVB第30页/共38页第三十一页，共38页。eepnEnergy of the resulting neutrons will be rather high and they will react with the neutrons in the 3

13、P2 Cooper pairs and will destroy these 3P2 Cooper pairs . It will cause the isotropic superfluid disappear and then the magnetic field induced by the 3P2 Cooper pairs will be also disappear. 第31页/共38页第三十二页，共38页。815151010nBB ergB keVEnergy range: (X-ray soft -ray )The x-ray (or soft -ray ) may be obs

14、erved directly, because The thermal photons will not be absorbed by most electrons andprotons in the deep of their Fermi sea .第32页/共38页第三十三页，共38页。()32323328215347215()()0.0876.02 102 1010()0.1()10()0.1totASunSunEqN mPmPBergsmmPBergsm 34361010/secxLergsIt will be maintained 105 -106 yr第33页/共38页第三十四页，

15、共38页。enpeRevive to the previous state just before formation of the 3P2 neutron superfluid. Phase Oscillation . 第34页/共38页第三十五页，共38页。eepnTime scale ? 2. What is the real maximum magnetic field of the magnetars? 3.How long is the period of oscillation above?4. How to compare with observational data5. Estimating the appearance frequency of AXP and SGR ?第35页/共38页第三十六页，共38页。第36页/共38页第三十七页，共38页。第37页/共38页第三十八页，共38页。