超强磁场中子星(磁星)储能及爆发的理论和数值模拟研究

尽管人们普遍认为软伽玛射线再现源（SGRs）和反常X射线脉冲星（AXPs）的剧烈爆发现象均由超强磁场中子星（即磁星，Magnetar）的磁场引起，但其储能和爆发机制还远未被人们了解。因此我们将针对磁星磁场储能和爆发中如下三个具体问题：1）磁星的磁场能量是如何存储；磁场由何种机制触发变得不稳定，失去约束（Loss of Confinemnet）而导致爆发的。2)爆发过程中磁螺度(Helicity)如何演化，在爆发中扮演什么样的角色？3）磁重联的撕裂模不稳定性（Tearing instability）是如何影响爆发过程的，进行深入的解析和数值模拟研究。磁星的能量储存和爆发是在强引力场内发生的，我们将考虑广义相对论效应对这个问题的影响。研究中我们将充分借鉴已有的太阳日冕物质抛射的研究成果。此外我们将开发一套针对磁星的并行数值模拟格式，对磁星磁场的不稳定性，磁重联和动力学爆发进行数值模拟研究。

项目针对磁星的几个问题展开了深入的理论和数值模拟研究。本项目执行期间在国际知名期刊发表论文12篇。项目圆满地完成了预定的研究计划，取得了一些重要的原创性研究成果，并在相关研究领域产生了重要的国际影响。在项目执行过程中，多次参加国际国内各类学术会议，积极和国内外同行展开交流和讨论。.项目的主要成果如下：1. 我们提出扭曲磁通量绳的失稳导致磁星磁场的能量释放过程 2. 我们提出伴随磁星巨耀发的小规模前兆性爆发是由于磁层中形成电流片。该电流片会使磁通量绳历经一大一小两次爆发。早期出现的小爆发对应于先兆性爆发，大的爆发对应于巨耀发。3. 研究在多极场背景下的磁通量绳行为。我们发现在多极场下，磁绳的爆发可以不必完全打开所有的背景多极场，只需打开部分的背景磁场。磁绳爆发所释放的能量除了可以打开部分磁场外，盈余的能量还是足够可以驱动磁星的巨耀发 4.我们利用数值模拟研究了磁星爆发过程中，撕裂模不稳定性所导致的磁重联效应。我们发现即使磁重联速率比较小，磁通量绳仍旧可以有效的爆发并提供足够的能量来驱动磁星的巨耀发。