【磁星的物理本质与活动性】
磁星是宇宙中一类极为特殊的中子星,其主要特征在于拥有极强的磁场,强度可高达1014至1015高斯,远超过普通中子星的磁场。这些超强磁场是磁星产生强烈X射线或伽马射线辐射及粒子发射的根源。磁星分为两类:反常X射线脉冲星(AXPs)和软伽马重复暴(SGRs)。
观测到的磁星现象包括:
1. 脉冲星的自转周期长且增长率高。
2. 在10keV处观测到的X射线发射谱线,这是电子或质子在超强磁场下Landau能级跃迁的结果。
3. 强大的X射线巨型耀斑的衰减尾巴,释放出的能量可达1044 ergs。
对于磁星的活动性,其表面温度通常高于107 K,这远超一般中子星的105至106 K。这种异常的高温和磁场强度无法仅通过脉冲星自转能的损失率来解释。
【磁星超强磁场的起源理论】
科学家们提出了多种模型来解释磁星的超强磁场:
1. Ferrario & Wickrammasinghe(2005)认为磁星的超强磁场可能源于其前身星的高磁场核心。
2. Duncan & Thompson(1992, 1993)提出α-Ω发电机机制,初始自转周期小于3毫秒的中子星可能会产生强磁场。
3. Iwazaki(2005)假设磁星的巨大磁场可能源于夸克物质的色磁铁性。
4. Vink & Kuiper(2006)则认为磁星可能起源于快速旋转的原始中子星。
【3P2中子超流体的Pauli磁化现象】
研究指出,磁星的超强磁场可能源自各向异性中子超流体3P2中子Cooper对的Pauli磁化。在原有的背景磁场(包括电子的Pauli顺磁磁化)下,3P2中子Cooper对形成的磁畴导致了强烈的磁场。中子的反常磁矩约为10-23 c.g.s.。
中子星的内部结构可以大致分为:
1. 内壳:超富中子核、晶体和自由电子。
2. 中间层:3P2(各向异性)中子超流涡旋区,1S0(各向同性)中子超流涡旋区,约5%-8%的质子(可能是II型超导体),以及正常的电子费米气体。
3. 外壳:重金属晶体,可能存在夸克物质。
1S0中子Cooper对的自旋为0,各向同性,而3P2中子Cooper对的自旋为1,各向异性,并具有反常磁矩。在3P2态中,Cooper对的磁矩分布导致了磁场的形成。低温下,3P2中子Cooper对系统呈现出Bose子系统,所有粒子凝聚在基态,具有较低的能量。
磁星的神秘现象和其超强磁场的来源仍然是天文学和物理学中的重要研究领域。通过对3P2中子超流体的深入理解,我们可以更接近揭示这些天文奇观背后的物理机制。