脉冲星转动演化与表面热辐射

The relevant theoretical and observational research of Pulsar has important scientific significance, and is always a popular research field both at home and abroad. This project is aim at combining the work of pulsars observations with the theoretical research of neutron stars, using the pulsar rotational evolution and surface thermal radiation feature to study the physical properties of the neutron star internal properties and explain the observational data. It can help us to understand the basic physical problems of pulsars, and help us to limit the theoretical explanation of pulsars. In this project, we explore this issue on three aspects: (1) Conduct long-term monitoring of the time-of-arrival of pulsars to explore and cumulate the pulsar rotational instability phenomenon and analyze the relative parameters; Make statistical analysis on the recovery process parameters of pulsar glitch phenomenon at different ages; Make statistical analysis on the feature and power spectrum of timing noise; (2) Studying the effect of non-equilibrium phase transition of dense matter on the pulsar rotation evolution and thermal radiation processes, thereby limiting neutron star’s equation of states and related parameters; (3) The impact of the strong magnetic on the evolution of pulsar rotational evolution and thermal radiation; Understand and explain the observational data of pulsars surface thermal radiation.

脉冲星相关理论和观测研究具有重要的科学意义，始终是国内外的前沿热门研究领域。本项目是将脉冲星实测与中子星相关理论研究工作结合起来，综合考虑脉冲星转动演化和表面热辐射性质来研究中子星内部物态等相关物理性质，并解释观测数据，有助于深入理解脉冲星的基本物理问题，有助于对理论解释给出进一步的限制。本项目有三项研究内容：（1）脉冲星到达时间长期监测，发掘和累积脉冲星转动不稳定性现象的相关数据和参数,并对其进行统计、分析；对不同年龄段的脉冲星的glitch现象的恢复过程参数进行统计分析；统计并分析时间噪声的特征和频谱；（2）研究致密物质非平衡相变过程对脉冲星转动演化和脉冲星热辐射演化过程的影响，进而限制中子星物态及参数；（3）研究强磁场对脉冲星转动演化和热辐射过程的影响，理解并解释相关热辐射观测数据。

本研究项目开展顺利，实现了预期目标。项目成员结合脉冲星转动演化和表面热辐射来研究了脉冲星相关的天体物理现象，重点关注了物态对星体热演化过程和转动演化过程的影响及耦合效应、强磁场对脉冲星转动演化和热辐射过程的影响和脉冲星长期计时观测（timing）数据统计与分析。本项目的主要成果分述如下：.（1）完成南山观测基地脉冲星长期计时监测数据的分析统计，建立了脉冲星数据查询中心：http://data.xao.ac.cn/pul/pulsar/q/form；采用新疆南山25米射电望远镜和澳大利亚帕克斯64米射电望远镜跨度为14年的计时观测数据，得到了脉冲星PSR J1757-2421 (PSR B1754-24)的脉冲平均轮廓和自转行为特征；构建了新的电子密度模型（简称YMW16）；发展了一种可以用来探测引力波记忆信号的算法。.（2）在非线性r模理论框架下，研究了磁阻尼对低质量X射线双星中的中子星r模、自转演化及热演化的影响。通过有无较差的对比我们发现，基于人为设置饱和值的无较差情况在一定程度上能够反应出中子星演化的特征，但是明显低估了r模不稳定性持续的时间，磁阻尼能够抑制r模不稳定，r模不稳定性产生的引力辐射减少，剪切粘滞加热作用减小，导致星体角速度几乎不产生变化，星体温度的变化也减小。在二阶r模理论框架下，能够得到更高强度的环向磁场。我们还分析了在非线性r模理论框架下，磁阻尼对r模不稳定所产生引力辐射的可探测性。.（3）研究了非平衡相变过程对转动中子星热演化过程的影响，并与PSR J0437-4715等毫秒脉冲星的观测数据对比，结果显示非平衡相变释放的能量能够很好的解释老年毫秒脉冲星的热辐射数据；构建新物态方程，并给出解析表达式，讨论了双星并合后可能的三种并合产物所占的相对比例，给出它们与Mtov和星体初始频率的关系，通过今后更好的千倍新星和短伽玛暴的观测统计研究解开致密物质物态方程的谜团；从物态方程的角度来解释中心致密天体等特殊的脉冲星类天体在周期-周期导数图上的位置，探讨这类天体内部可能的物态和相互之间可能的演化关系。.（4）讨论了在磁星环境下，电子朗道能级的稳定性及其对电子费米能对影响；在改进的磁热演化模型下，估计了低制动指数磁星的星风光度和高制动指数磁星的偶极磁场衰减率，考虑SNRs膨胀的外壳和距离的不确定性，提供了一个最有效的限制磁星的制动指数的方法。