脉冲星频率跃变研究

利用中国科学院国家天文台乌鲁木齐天文站南山25米射电望远镜的脉冲星定时系统，结合国际上已观测到具有频率跃变的脉冲星，对具有跃变可能的年轻脉冲星进行定时观测，并对业已观测到跃变的四颗脉冲星继续进行更密集观测，以期得到更多跃变事例和更详尽的跃变时、跃变后的观测数据。通过对多事例的统计分析，从中发现跃变发生的间隔、强度、弛豫时间等参量间的关联；重点获取弛豫过程中频率及其各阶导数随时间的变化信息，利用最佳方案进行拟合；根据统计和拟合结果对现有理论进行检验，评价各自的合理性,推算脉冲星内部发生去销连区域的温度、销连势垒高度、临界转动较差、密度、晶格间距、涡线关联长度等参数；尝试提出量子涡线胞自生长模式，分析涡线胞受热（主要由星震释放）分解和跃变触发的理论机制，并与观测比较，得到有关胞体自生长、临界大小及星震强度等参数。

中子星是目前已知的密度最大且无视界域的客体，因此被当作致密物理的非凡实验室。但是，它的内部结构还不清楚，也不存在一个物理界公认的物态方程，中子星中的最大质量、脉冲星半径等关键参量也不清楚。然而，中子星频率跃变和跃变后弛豫过程的观测和机制研究以及磁星辐射机制研究为解决上述问题提供了一种方法和可能。磁星包括反常X-射线脉冲星（AXPs）和软伽马射线再现源(SGRs)，他们持续的或爆发式的高能射线辐射象频率跃变和跃变后的弛豫过程一样反应了星体内部发生的非稳定以及向新稳定态的演化信息，他们之间必存在物理机制的相似或关联。目前流行的有关中子星自转频率跃变和跃变后的弛豫过程与内壳层的中子超流有关，超流涡丝的爆发式或稳定型的定向输运过程决定了固体壳层的自转特性，但此理论不能解释诸如中子星（发生跃变的）进动观测等有关问题。磁星辐射特别是爆发式辐射的机制问题也是当前中子星所面临的棘手问题，解决途径肯定与中子星内部磁场能量的突然释放有关，但什么因素导致磁自由能的释放还不清楚。我们认为中子星的这两类爆发式活动现象必定存在统计上的相似性，他们都属于临界现象和自组织现象。其物理机制也存在某些方面的关联，在观测上业以证实磁星爆发伴随频率跃变。因此，我们的主要研究方向转移到磁星辐射机制上来，认为是以电子为载体的磁场不稳定性导致磁星的突然爆发，而电子之间的磁相互作用是引起电子系统磁相变的原因。其主要研究内容和结果如下所述。.（1）考虑了电子磁矩之间相互作用后发生相变的条件和相变结果。研究发现，在微分磁化率大于等于一的条件下，磁系统处于非稳定相，必然向两相（具有不同的磁化方向）共存的复相或亚稳态演化，当外部条件发生变化时，亚稳态过渡到新的稳定态。.（2）磁相互作用下等离子体磁演化方程的修正。修正后的磁诱导方程中出现了新的磁生成项。.（3）全范围内自由电子气体磁化率的计算。包括简并与非简并、经典与量子、相对论与非相对论等领域。结果表明中子星内部极易出现临界磁化现象。.（4）理论预计与观测对应。理论发现，在超强磁星情况，当固体壳层满足电子系统磁相变条件时，复相中的磁化不均匀导致固体壳层断裂，诱发储存在固体壳层甚至液核内部的磁自由能释放，在巨闪过程中所预言的数值与观测结果符合，证明了我们的理论合理性。