吸积 X 射线脉冲星的磁场及其 X 射线时变特征的研究

An accreting X-ray pulsar is speeded up or down by accreting matter and the magnetic field of a pulsar plays a very important part in the accretion. The accretion also affects the magnetic field of a pulsar and some processes including the magnetic field. We will study the interreaction between an accretion disk and the magnetic field through the change of the period of a pulsar and the quasi-periodic oscillations (QPOs). In this program, we will consider the condition that the magnetosphere of an accretion pulsar is compressed. Then we can limit the values of some parameters in the pulsar and the timescale on the evolution of a X-ray binaries, select the correct model on accretion and find the physics of X-ray variability. At first, we will calculate the surface magnetic field of an accretion pulsar by the old or new dimensionless torque in the condition in order to select the correct accretion model. Secondly, we will calculate the magnetohydrodynamic (MHD) equations and the perturbation MHD equations in the condition by numerical calculation when the configuration of the inner boundary of an accretion disk is supposed in order to find the relation between the magnetic field and the central frequency of QPOs (or Q value of QPOs). Then we can find the formation physics of the peaks of QPOs in the power spectrum. Finally, the magnetic fields of a group of neutron stars can be obtained according to QPOs and then we can obtain the relation between the magnetic field of an accretion X-ray pulsar and X-ray variability after considering the best torque model.

研究发现吸积 X 射线脉冲星通过吸积物质被加速或减速，其中磁场起了重要作用，而吸积过程也会影响脉冲星的磁场及与磁 场相关的过程。本项目旨在通过吸积 X 射线脉冲星的周期变化和其中的准周期振荡现象,考察特定情况（磁层被压缩）下磁场与吸积盘的相互作用，通过与观测比较，达到限制吸积模型、脉冲星参数和 X 射线双星演化时标，理解 X 射线时变的目的。首先，在特定情况下，利用原有的或新计算的无量纲化力矩来计算吸积 X 射线脉冲星的表面磁场，通过观测限制吸积模型；其次，考虑特定情况下的磁流体动力学方程组和有扰动的磁流体动力学方程组，构造吸积盘内边界层的尺寸与位形，通过数值计算得到磁场与准周期振荡频率及其 Q 值之间的关系，理解吸积 X 射线脉冲星中功率谱上准周期振荡的峰的成因；最后，利用准周期振荡计算出不同类别的中子星的磁场,理解吸积 X 射线脉冲星的磁场与 X 射线时变的关系。

吸积 X 射线脉冲星通过吸积物质被加速或减速，其中磁场起了重要作用，而吸积过程也会影响脉冲星的磁场及与磁场相关的过程，致密星在吸积物质的过程中，触发了一系列的时变现象，其中最为重要且可能蕴藏着天体信息的一种现象就时准周期振荡。另外，不同物理过程也可能影响X射线双星的形成与演化，了解它们的具体物理很有必要。此外，宇宙线引起次级辐射，其中对伽马射线的探测反过来限制宇宙线密度成为有效的观测手段。. 在原有X射线双星演化模型，千赫兹准周期振荡的磁流体动力学模型的基础上，我们对以下七个方面进行了探索研究：（a）在低质量 X 射线双星中，解释千赫兹准周期振荡的平行轨迹等现象，建立千赫兹住准周期振荡的物理模型。（b）理解并考察Be X 射线双星中的力矩相互作用，探索中子星的磁场。（c）考虑大质量双星演化过程中的物质转移效率问题，模拟得到转化效率等基本结果。（d）M33的伽马射线信号的搜寻，从而限制宇宙线的密度。（e）模拟银河系中的黑洞／脉冲星双星系统形成与演化。（f）模拟双中子星系统的形成与演化。（g）利用千赫兹准周期振荡估计中子星的质量。. 本项目经过四年来潜心研究，在科学内容上已完成了研究计划，科学目标依然达成。当然个别细微之处也有差别，部分研究内容因自由探索基础科学研究的无定向性而处于仍待探索阶段。另外，某些内容未被计划提出，也已完成探索并得到了一些研究结果。已标注本项目基金号且已发表的SCI论文包括ApJ期刊论文2篇，MNRAS期刊论文3篇，另有两篇论文已接收。在本项目资助期间，举办国内学术会议两次，参加国际学术会议IAU会议一次，正在培养硕士研究生一名。