磁星超強磁場的物理本質(zhì)

磁星超強磁場的物理本質(zhì)第1頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月本項研究探討的問題中子星的初始本底磁場:通過超新星核心坍縮過程中，由于磁通量守恒:欲探討的問題:磁星(1014-1015gauss)的物理本質(zhì)?

(B(0)為中子星的初始本底磁場)。難以獲得通常中子星(1011-1013)gauss的磁場強度。更難以獲得磁星(1014-1015)gauss的磁場強度。通過計算，我我己經(jīng)論證:中子星觀測到的1011-1013高斯的強磁場實質(zhì)上來源于中子星內(nèi)超相對論強簡并電子氣體的Pauli順磁磁矩產(chǎn)生的誘導磁場。但是，它不會導致磁星的超強磁場。第2頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月磁星超強磁場的物理本質(zhì)?己經(jīng)提出的模型:Ferrario&Wickrammasinghe(2005)suggestthattheextra-strongmagneticfieldofthemagnetarsisdescendedfromtheirstellarprogenitorwithhighmagneticfieldcore.Iwazaki(2005)proposedthehugemagneticfieldofthemagnetarsissomecolorferromagnetismofquarkmatter.Vink&Kuiper(2006)suggestthatthemagnetarsoriginatefromrapidratatingproto-neutronstars.

我們探討3P2中子超流體的誘導磁矩產(chǎn)生的誘導磁場。我們計算發(fā)現(xiàn):磁星超強磁場來自在原有本底(包括電子Pauli順磁磁化)磁場下，各向異性中子超流體3P2中子Cooper對的Pauli磁化現(xiàn)象。第3頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月3P2中子超流體的A相1)當環(huán)境磁場非常弱時，平均來說，每個3P2中子Cooper對的自旋投影的分布是“等概率分布”,稱為ESP(EqualSpinpair)。在Fermi海深處的中子自旋投影的分布也是“等概率分布”。它們不呈現(xiàn)有整體磁矩?；旧细飨蛲?我們把它稱為3P2中子超流體的A相（類似于零溫附近液態(tài)3He的A相)。3P2中子超流體內(nèi)，在動量空間中Fermi表面附近兩個動量大小相等但方向相反的兩個中子結(jié)合成一個3P2Cooper對。每個3P2

中子Cooper對的自旋=1,它在磁場(Z方向)上的投影有三個分量:

Z=-1,0,+1。對應(yīng)地具有的磁矩投影分量分別為

μZ=2μn,0,-2μn

第4頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月3P2中子超流體的B相2)在較強磁場下，3P2中子超流體偏離“等概率分布”狀態(tài)，即它的3P2中子Cooper對以及位于Fermi海深處的簡并中子的自旋投影的分布都不是“等概率分布”,這時3P2中子超流體整體將呈現(xiàn)誘導磁矩,性質(zhì)是各向異性的。其統(tǒng)計性質(zhì)是同每個Cooper對(Fermi海深處中子)的磁矩能量以及同溫度相關(guān)的。我們稱這種各向異性的狀態(tài)為3P2中子超流體的B相(類似于零溫附近液態(tài)3He的B相)。第5頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月統(tǒng)計考慮(1)我們以如下簡單方法估算:3P2中子Cooper對系統(tǒng)可以認為是Bose子系統(tǒng)，在低溫下都凝聚在在基態(tài)(E=0)狀態(tài)。每個3P2中子Cooper對具有磁矩

μ=2μn=

1.9×10-23ergs/gauss。在外磁場下，它沿磁場方向具有投影分量分別為為

[-

Z

2

n](Z=1,0,-1)。即Z=-1的投影分量是順磁的。在磁場作用下，磁針(磁矩)有著順磁場方向的趨勢,它具有較低的能量值。即它比Z=0,1狀態(tài)有更低的能量。

第6頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月順磁方向與逆磁方向排列的

3P2Cooper對數(shù)目差在(T,B)環(huán)境下,自身磁矩順磁場與逆磁場方向排列的3P2中子Cooper對數(shù)目之差為其中，B(1)為中子星在3P2中子超流體出現(xiàn)前的本底磁場:B(0)~(107-1010)gauss,B(in)~(4-6)×103B(0)第7頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月處于3P2

中子Copper對的中子數(shù)所占的百分比(動量空間中)Fermi球內(nèi)只有在Fermi表面附近,厚度為殼層內(nèi)的中子才會結(jié)合成3P2Cooper對。它占中子總數(shù)的百分比為:EF(n)~60MeV,

(3P2(n))~0.05MeV,q~8.7%

處于3P2Copper對狀態(tài)的中子總數(shù)目為:N(3P2(n))=qNA×m(3P2(n))/2第8頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月3P2中子Cooper對的誘導磁矩磁針順磁場與逆磁場方向排列的3P2中子Cooper對數(shù)目之差為它們導致的誘導磁矩為當:磁化系數(shù)為第9頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月3PF2中子超流體的總的誘導磁場

:中子星的磁矩同(極區(qū))磁場強度的關(guān)系:

第10頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月Bin-T曲線

(取η=1)第11頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月較高溫近似當或當中子星內(nèi)部溫度仍然較高時，T7>>2η,這種由各向異性(3P2)超流體內(nèi)產(chǎn)生的誘導磁場遠低于中子星的本底磁場(主要由相對論性簡并電子氣體的Pauli順磁性產(chǎn)生的強磁場。但是，隨著中子星內(nèi)部冷卻，溫度下降，由各向異性(3P2)超流體內(nèi)產(chǎn)生的誘導磁場將逐漸增加。當溫度下降到遠低于T7<<2η時，這種誘導磁場將會超過原初本底磁場。第12頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月磁星的物理本質(zhì)B(0)~(107-1010)gauss,B(in)(e)~91B(0)B(1)=B(0)+

B(in)(e)

B(in)(3P2)~(1014-1015)磁星物理圖象:絕大多數(shù)3P2中子Cooper對的磁矩投影指向都是混亂的,順著磁場方向排列的3P2中子Cooper對的數(shù)量略微多于逆磁場方向排列的3P2中子Cooper對的數(shù)量(數(shù)量差為ΔN1)。正是這微弱的相差，造成了3P2

中子超流體的各向異性與誘導磁矩。即中子星的強磁場是由3P2

中子超流體中，偏離ESP狀態(tài)的(數(shù)量約占千分之一)

3P2中子Cooper對的誘導磁矩造成的(3P2中子Cooper對的中子總數(shù)只占3P2

中子超流體內(nèi)中子總數(shù)的8.7%)。第13頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月中子星磁場的變化當中子星內(nèi)部冷卻到3P2超流體的相變溫度Tλ=2.8×108K以后,發(fā)生相變:正常Fermi狀態(tài)

3P2中子超流狀態(tài)。這時中子星磁場會發(fā)生變化,這是由于中子3P2Copper對的磁矩在外磁場作用下會逐漸轉(zhuǎn)向順著外磁場方向排列。在溫度較高的條件下，絕大多數(shù)中子3P2Copper對的磁矩方向排列是混亂的。只有極少數(shù)中子3P2Copper對的磁矩順著外磁場方向排列。但是，隨著在中子星冷卻的過程，它內(nèi)部的溫度下降，順著外磁場方向排列的中子3P2Copper對數(shù)量迅速(指數(shù))增長。當溫度下降到T7<2η以后,3P2中子超流體的這種誘導磁矩產(chǎn)生的誘導磁場超過它原有的初始本底磁場。隨著中子星的進一步冷卻,兩個因素使得中子星磁場增長1)(百分比)愈來愈多的中子3P2Copper對的磁矩方向(在原有的初始本底磁場作用下)轉(zhuǎn)向順磁排列。增強了磁矩，因而增強了誘導磁場。2)3P2中子超流區(qū)擴大，3P2中子超流體的總質(zhì)量不斷增長(見圖);第14頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月3P2中子能隙圖(Elgag?yetal.1996,PRL,77,1428-1431)第15頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖星磁場的增長隨著在原有3P2中子超流體區(qū)域(3.3

1014<

(g/cm3)<5.2

1014)外側(cè)鄰近部分區(qū)域物質(zhì)溫度下降到相應(yīng)的相變溫度時，該區(qū)域物質(zhì)

正常Fermi狀態(tài)

3P2中子超流狀態(tài),因而3P2中子超流體區(qū)域擴大，中子星內(nèi)3P2中子Cooper對的總磁矩會不斷地緩慢(幾乎連續(xù))增長。它產(chǎn)生的誘導磁場也逐漸增長。結(jié)論:它將朝著磁