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中子星的磁场研究

王庆武  
【摘要】:中子星是超新星爆发的产物。中子星的模型最早建立于1939年,但直到1967年才发现了一颗真正的中子星。中子星体积小,质量大,因此属于致密星的一种。中子星的这些特性使得研究中子星非常困难。首先,体积小,距地远,很不便于直接观测。虽然理论发现已60多年,天文观测发现也近40年,我们对于中子星的结构性质还知之甚少。我们甚至对中子星是否是真正由中子构成都没有形成一个统一的看法。其次,中子星密度高,还观测到很强的磁场强度,也使得现有的理论显得脆弱。高密强磁下,非相对论方法不再适用,必须采用相对论性多体的量子场论方法。而对于超高密物质,即高于核物质密度,我们还无任何实验数据。正是由于问题的复杂性,我们要作很多近似。在本文中,我们将采用相对论平均场近似方法研究中子星的磁场分布情况。 相对论平均场近似方法提出于上世纪70年代,经过30年的发展,相对论场论方法逐渐形成为一套能比较完善地处理无限大物质与有限核多体系统的有效理论。它被广泛用于原子核结构,核天体物理,放射性核束物理等各个领域。 用相对论平均场近似方法研究中子星的磁场,会遇到一个问题,那就是作为磁量子的光子具有零质量。于是很多作者,要么忽略磁场的存在,要么把光子当作简单的介子处理,又或者是把磁场当作外场。近来有研究表明,在高密核物质内部,由于电荷U(1)定域规范对称性的自发破缺,通过Higgs机制,光子可以获得有效质量,其大小直接与核物质密度相关。利用此结果,我们计算了中子星磁场随密度的分布。 结果表明,核密度越高,质子电子所占比重越大,磁场也越强,这与我们的直观相一致;在中子星表面,磁场变化较快,在内核,磁场变化缓慢,这与中子星的密度分布相一致。而且我们得到的磁场符合天文观测。


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