脉星Glitch现象物理本质

1、脉冲星脉冲星glitch现象的物理本质现象的物理本质涡丝核心(正常中子流体)中子超流体中子超流体 彭秋和彭秋和( (南京大学天文系南京大学天文系) )i 引言引言射电脉冲星射电脉冲星正常正常 射电脉冲星射电脉冲星周期周期: :十几毫秒到几秒。十几毫秒到几秒。 集中在：集中在：0.1 s-1 s0.1 s-1 scrab crab 脉冲星脉冲星(psr b0531): (psr b0531): p = 0.0334s p = 0.0334svela vela 脉冲星脉冲星(psr b0833): (psr b0833): p = 0.0893s p = 0.0893s自转逐渐变慢自转逐渐变慢(主

2、要主要)原因原因: : 脉冲星辐射消耗转动能脉冲星辐射消耗转动能; ;或吸积的旋转物质同磁层相或吸积的旋转物质同磁层相互作用互作用, ,使脉冲星旋转使脉冲星旋转变慢变慢。周期增长率典型值：周期增长率典型值：dp/dt dp/dt 1010-15-15ssss-1-1毫秒脉冲星毫秒脉冲星(millisecond)(millisecond)( (在密近双星系统中或位于球状星在密近双星系统中或位于球状星团内物质密集区内团内物质密集区内) ) p p 几毫秒几毫秒它们不是年轻脉冲星它们不是年轻脉冲星, ,而是一种再而是一种再生生( (或再加速或再加速, recycle), recycle)脉冲星脉冲星

3、 : :通过吸积它周围旋转物质而使脉通过吸积它周围旋转物质而使脉冲星本身转动加快冲星本身转动加快 螺旋桨机制螺旋桨机制周期变率典型值：周期变率典型值：dp/dt dp/dt 10 10-20-20 ss ss-1-1毫秒脉冲星的典型性质毫秒脉冲星的典型性质: :弱磁场弱磁场(10(101010 gauss) gauss)未探测到未探测到glitchglitch现象现象空间运动速度不高空间运动速度不高(v100km/s)(v 1.25s 脉冲星脉冲星 (87个个) )中子星中子星( (脉冲星脉冲星) )的主要疑难问题的主要疑难问题1)1)高速中子星的物理原因高速中子星的物理原因?(?(2003)

4、 )2)2)中子星强磁场中子星强磁场( (1011-13 gauss) )的起源的起源?(?(2006) )3) 3) 磁星磁星( (1014-15 gauss) )及其活动性的物理本质及其活动性的物理本质?(?(2009) )4)4)年轻脉冲星周期突变年轻脉冲星周期突变( (glitch) )现象的物理本质现象的物理本质?(?(2010) )5)5)缺脉冲缺脉冲( (null-pulse) )和和some times pulsars现象现象6)6)低质量低质量x-x-双星双星( (lmxb) )内的中子星磁场很低内的中子星磁场很低; ; 高质量高质量x-x-双星双星( (hmxb) )内的中

5、子星磁场很强。内的中子星磁场很强。为什么为什么? ?7)7)毫秒脉冲星重要特性毫秒脉冲星重要特性: : 低磁场低磁场, , 无无glitch, , 空间速度不高空间速度不高, , 物理原因物理原因? ?8) 8) 脉冲星射电脉冲星射电 ( (x-ray, -ray) )辐射机制辐射机制? ? 辐射产生区域辐射产生区域? ?9)9)是否存在是否存在( (裸裸) )奇异奇异( (夸克夸克) )星星? ?我们的目标我们的目标: : 统一解释的脉冲星的主要观测现象统一解释的脉冲星的主要观测现象 ii年轻脉冲星年轻脉冲星glitch的的观测现象观测现象年轻脉冲星的年轻脉冲星的glitch现象现象: (

6、(非常规则缓慢增长的非常规则缓慢增长的) )脉冲周期脉冲周期 (p) 突然变短现象突然变短现象1061010 脉冲周期平稳地增长背景上偶然地脉冲周期会突然变短脉冲周期平稳地增长背景上偶然地脉冲周期会突然变短( (周期变周期变化幅度为化幅度为10-6-10-10) ，随后较之前更迅速地变慢，持续直到恢复过随后较之前更迅速地变慢，持续直到恢复过去的周期增长率。这种现象称为去的周期增长率。这种现象称为glitch现象。现象。 迄今已发现约迄今已发现约72个脉冲星出现个脉冲星出现glitch现象现象( (共约共约189次次),),至少有至少有8个脉冲星的个脉冲星的glitch幅度超过幅度超过1.010

7、-6。prs vela : 36年出现年出现11次次 glitch ,其中其中9次次glitch的幅度超过的幅度超过1.010-6; psr crab: 3636年出现年出现19次次glitch,幅度超过幅度超过1.010-6的仅的仅1次次; ;psr 1737-30 呈现呈现9 9次次glitch,它的最大幅度仅达到它的最大幅度仅达到0.710-6。 此外，还发现更多脉冲星呈现微此外，还发现更多脉冲星呈现微glitch现象现象(周期变短幅度低于周期变短幅度低于10-12)glitchpt321010p/1after glitch (lyne et.al., 2000)图上图上glitchgl

8、itch脉冲星的分布脉冲星的分布)(00图中菱形的高度表征脉冲星图中菱形的高度表征脉冲星glitch的的菱形的宽度表征脉冲星菱形的宽度表征脉冲星glitch出现的次数出现的次数( (频数频数) )在在b c 图上图上glitch脉冲星的分布脉冲星的分布b:磁场强度磁场强度 ppc脉冲星的特征年龄脉冲星的特征年龄脉冲星脉冲星glitch幅度同脉冲周期的关系幅度同脉冲周期的关系( (观测观测) ) ( lyne,1995) glitch幅度同幅度同相继相继glitch的时间间隔间的关系的时间间隔间的关系 slop 400 days ppm-1 ; middleditch et.al., 2006,

9、 apj. 652:1531; ppm= 10-6 psr j0537-6910 (lmc)glitch幅度同其后平稳幅度同其后平稳时间间隔间的关系时间间隔间的关系 middleditch et.al., 2006, apj. 652:1531; ppm= 10-6 缓慢缓慢glitch现象现象王娜等人王娜等人(2005):发现有一颗脉冲星出现发现有一颗脉冲星出现glitch现象，但周现象，但周期期 “突变突变”时标明显长于几天时标明显长于几天。iii有关背景有关背景能级图能级图e=0e=ef正常正常fermi粒能级占据图粒能级占据图超流超导超流超导fermi粒子能级占据图粒子能级占据图e=e

10、fkt当当 t t =/k 时时, ,系统处于超导系统处于超导( (或超流或超流) )状态状态t: 相变温度相变温度bcs理论理论中子星内部的中子超流体中子星内部的中子超流体（bec超流）超流）在密度很高时，当核力起作用时，在核力短稳强相互作用在密度很高时，当核力起作用时，在核力短稳强相互作用下，中子间产生很强的吸引力，这种吸引的能量量级下，中子间产生很强的吸引力，这种吸引的能量量级 1mev1mev。19591959年年gintzberggintzberg就预言中子星内中子流体处于超流状态就预言中子星内中子流体处于超流状态, ,未讨论观测效应。未讨论观测效应。19691969年年baymba

11、ym等为了解释等为了解释valavala和和crabcrab自转突然增快现象自转突然增快现象（glitchglitch）提出中子星内部超流涡旋状态，才正式引起）提出中子星内部超流涡旋状态，才正式引起人们重视。人们重视。两种性质不同的中子超流体两种性质不同的中子超流体自由的两个中子不可能结合成稳定的束缚态（两个核子系自由的两个中子不可能结合成稳定的束缚态（两个核子系统只有氘核统只有氘核 (n-p)(n-p)才存在很浅的束缚态）。但在集体效应才存在很浅的束缚态）。但在集体效应下下( (在动量空间中在动量空间中) )可能组成稳定的可能组成稳定的coopercooper对。对。自旋为自旋为1/21/2

12、的两个中子组成的的两个中子组成的coopercooper对有两种可能性对有两种可能性: : 1) 1) 1 1s s0 0 cooper cooper对对( (总自旋为总自旋为0,0,无磁矩无磁矩),),非常稳定。非常稳定。 10101111 (g/cm (g/cm3 3) ) 0) 0。 大部分区域大部分区域 ( (1 1s s0 0) ) 2mev, 2mev, 1 1s s0 0中子超流体为各向同性中子超流体为各向同性, , 类似于液态类似于液态4 4he he heii heii 2) 2) 3 3p p2 2 cooper cooper对对( (总自旋为总自旋为1, 1, 磁矩为中子

13、反常磁矩的两倍磁矩为中子反常磁矩的两倍) )。 ( (3 3p p2 2 ) ) 0.05mev 0.05mev ( (. elgar. elgary et al. , prl,77(1996)1428)y et al. , prl,77(1996)1428) ( (3.33.3 10101414 (g/cm (g/cm3 3) 5.2) 5.2 10101414) () (nucnuc=2.8=2.810101414 g/cm g/cm3 3) ) 3 3p p2 2为各向异性为各向异性, ,类似于液态类似于液态3 3hehe。 中子星内部结构中子星内部结构: 中子超流涡旋运动中子超流涡旋运

14、动核心核心(1km)3p2 (5-8)% 质子质子 ( ii 型超导体型超导体?) (正常正常)电子电子fermi气体气体 = (g/cm3)10141011107内壳内壳超富中子超富中子核、晶体、核、晶体、自由电子自由电子 外壳外壳(重金属晶体重金属晶体)夸克物质夸克物质 ?51014104中子星内的中子超流涡旋运动中子星内的中子超流涡旋运动vortex flow涡丝核心(正常中子流体)vortex flow (eddy current, whirling fluid)( )2nnvrm rn: 涡旋量子数超流体2( )2nnrm rnmndlv22量子化环量( 涡旋强度):glitch现有

15、的理论模型现有的理论模型?1.(.(壳层壳层) )星震模型星震模型(baym, 1969): 这个模型下，这个模型下，vela psrvela psr相继两次相继两次glitchglitch出现的时间间隔约为出现的时间间隔约为10103 3年，年，这同观测事实这同观测事实(26年年11次次)相差太远相差太远。因而此模型失败因而此模型失败。2. 中子星核心震动模型中子星核心震动模型 (pines et al., 1972):在这模型下几年可能出在这模型下几年可能出现一次现一次glitch,每次核心震动会释放每次核心震动会释放 1045erg 的能量。它将立即加热的能量。它将立即加热中子星并很快地

16、使它变成为一个强中子星并很快地使它变成为一个强x x射线源。但是在射线源。但是在glitch现象期间现象期间或之后，从未发生这种现象，因而这个模型己被排除。或之后，从未发生这种现象，因而这个模型己被排除。3. 3. 壳层壳层- -超流体耦合作用下的超流涡丝爬行模型超流体耦合作用下的超流涡丝爬行模型(anderson and ruderman,1984):这个模型的困难在于它无法解释这个模型的困难在于它无法解释vela psr 的巨的巨glitch现象现象600104. 中子超流涡丝同质子超导磁通管的扭缠效应中子超流涡丝同质子超导磁通管的扭缠效应(ruderman, zhu and chen(1

17、998)b.link的计算发现的计算发现 (2003,phys.rev.lett.91(10):101101)(2003,phys.rev.lett.91(10):101101), , 这种较强的这种较强的缠绕相互作用将引起中子星的自转轴绕着磁轴快速地进动，进动缠绕相互作用将引起中子星的自转轴绕着磁轴快速地进动，进动速率达到速率达到 p p 10 rad s-1. ( 10 rad s-1. (进动周期进动周期pp = 2pp = 2/ / p 1s)p 1s)b. link从从psr b1818-11 定时观测资料的分析发现定时观测资料的分析发现它的自转轴它的自转轴进动周期约为进动周期约为1

18、年，幅度年，幅度3 (link & epstein, 2001, apj. 556,392; jones & anderson, 2001, mnras, 324,811; rezania,2003,a&a, 399,653).b.link的的结论结论: :上述中子超流涡丝上述中子超流涡丝- -质子超导磁通管缠绕相互作用引质子超导磁通管缠绕相互作用引起的进动不可能是长时标起的进动不可能是长时标(1(1年年) )的。由此推断的。由此推断: :中子超流涡旋区域同中子超流涡旋区域同iiii型质子超导态型质子超导态( (超导磁通管超导磁通管) )区域是不会共存区域是不会共存的。

19、这类型模型是不成立的。的。这类型模型是不成立的。年轻脉冲星年轻脉冲星glitchglitch物理原因物理原因我我们的模型们的模型: : 导致导致 glitchglitch现象现象3p2中子超流体的中子超流体的a相与相与b相相1) 3p2中子超流体的中子超流体的a相相:当环境磁场非常弱时，平均来说，当环境磁场非常弱时，平均来说，每个每个3 3p2 2 中子中子cooper对的自旋对的自旋投影的分布是投影的分布是 “等概率分布等概率分布”, ,称为称为 esp (equal spin pair)。在。在fermi海深处的中子自旋投影的分布也是海深处的中子自旋投影的分布也是 “等概率分布等概率分布”

20、。它们。它们不呈现有整体磁矩。不呈现有整体磁矩。基本上各向同性基本上各向同性, , 我们把它称为我们把它称为3 3p2 2 中子超中子超流体的流体的a相（相（类似于零温附近液态类似于零温附近液态3 3he的的a相相) )。2) 3p2 中子超流体的中子超流体的b相相在较强磁场下在较强磁场下, ,3 3p2 2 中子超流体偏离中子超流体偏离“等概率分布等概率分布” 状态，即它状态，即它的的3 3p2 2 中子中子cooper对以及位于对以及位于fermifermi海深处的简并中子的自旋投影海深处的简并中子的自旋投影的分布都不是的分布都不是 “等概率分布等概率分布”, , 这时这时3 3p2 2

21、中子超流体整体将呈现中子超流体整体将呈现诱导磁矩诱导磁矩, ,性质是各向异性的。其统计性质是同每个性质是各向异性的。其统计性质是同每个cooper 对的对的磁矩能量以及同温度相关的。我们称这种磁矩能量以及同温度相关的。我们称这种各向异性的状态各向异性的状态为为3 3p2 2 中子超流体的中子超流体的b相相( (类似于零温附近液态类似于零温附近液态3 3he的的b b相相) )。3p2在较强的外磁场下，中子星内在较强的外磁场下，中子星内3 3p p2 2 中子超流体处于各向异性（中子超流体处于各向异性（b b相相) )状态，在一定温度下磁矩方向沿着外磁场方向排列的状态，在一定温度下磁矩方向沿着外

22、磁场方向排列的3 3p p2 2 中子中子coopercooper对数量多于逆磁场方向排列的对数量多于逆磁场方向排列的3 3p p2 2 中子中子coopercooper对。这就导对。这就导致了致了3 3p p2 2 中子中子coopercooper对整体的对整体的paulipauli顺磁磁矩顺磁磁矩( (当温度降低时，这当温度降低时，这种种paulipauli顺磁磁矩增强顺磁磁矩增强) )。这些处于超流涡旋运动状态的中子绕着。这些处于超流涡旋运动状态的中子绕着超流涡丝轴线高速旋转。离涡丝轴线愈近的中子其旋转角速度愈超流涡丝轴线高速旋转。离涡丝轴线愈近的中子其旋转角速度愈大大( (距离平方成反

23、比距离平方成反比, , 最高角速度可达最高角速度可达10101717/sec/sec以上以上) )。具有磁矩。具有磁矩的中子就会发出磁偶极辐射。的中子就会发出磁偶极辐射。 .()(0)(/)effnnnqfbkt3p2中子超流体内中子的平均中子超流体内中子的平均( (有效有效) )磁矩磁矩231/231/22234( )2( )( )38.7%(4 /3)( )fnffpnmp np nqpen2sin (2 )( )12cos (2 )hxf xhx( )4 /31f xxx( )11f xx3p2mdra加热机制加热机制1) 1) 在超新星爆发核心形成中子星过程中，必定有一部分角动量蕴在超

24、新星爆发核心形成中子星过程中，必定有一部分角动量蕴藏在其内部处于高度湍动状态的藏在其内部处于高度湍动状态的( (经典流体经典流体) )涡旋运动之中。一旦涡旋运动之中。一旦中子星内部温度下降到超流态的临界中子星内部温度下降到超流态的临界( (相变相变) )温度之下，中子流体温度之下，中子流体相变为超流体，经典的相变为超流体，经典的( (高度湍动高度湍动) )涡旋运动转变为量子涡旋运动，涡旋运动转变为量子涡旋运动，其涡丝的量子数其涡丝的量子数( (n n) )可能远远高于可能远远高于1 1。初始时，。初始时，n n 可能高达可能高达10104 4- -10105 5以上。年轻的中子星内的超流涡旋量

25、子数现在也可能超过以上。年轻的中子星内的超流涡旋量子数现在也可能超过10102 2-10-103 3。2)2)处于超流涡旋运动状态的中子在进行处于超流涡旋运动状态的中子在进行3 3p p2 2 3 3p p2 2 各向异性各向异性3p2超流体中的超流体中的3p2 23172131128sin()7.4 10 ()() ()sec0.11sfpbnerg cmntms2424,3310,2361/41/41/21/41284() ()3.8 10/7 105640sin()1.4 10 ()()0.11effeffsunsuneff sunsunsuneff sunsfefflrttlrlrtl

26、erg srcmtkpbntkntms233321128sin()3.1 10 ()() ()/sec0.11sfpbnlergntms冷却率冷却率2)计入超流体的抑制后的修正计入超流体的抑制后的修正urca过程过程*()122/38/318*3827.4 10 ()sec()/22.9 10murcattnuct eerg cmtpkk iv.iv.年轻脉冲星年轻脉冲星glitchglitch的物理原因的物理原因 导致导致 glitchglitch现象现象(主体思想主体思想)3p2中子超流体的中子超流体的ab的相震荡的相震荡 导致导致 glitchglitch现象现象我们的我们的3p2中子中

27、子cooper对磁矩的磁偶极辐射对磁矩的磁偶极辐射( (3p2 mdra) )产生的热量产生的热量将使偏离将使偏离esp状态的状态的3p2中子中子cooper对的磁矩投影指向恢复到完全混对的磁矩投影指向恢复到完全混乱的乱的esp状态状态( (a相，即相，即 “等概率状态等概率状态”) )。 一旦一旦3p2中子超流体恢复中子超流体恢复esp状态，原来偏离状态，原来偏离esp状态状态( (b相相) )的诱的诱导磁矩也就随之消失。我们的导磁矩也就随之消失。我们的3p2 mdra也就不出现。这时也就不出现。这时, , 只有只有通常的冷却机制起作用。通常的冷却机制起作用。 在这个加热过程的同时在这个加热

28、过程的同时, , 3p2 mdra也提供能量使得一部分也提供能量使得一部分( () ) 3p2中子中子cooper对解体。每一个被解体的对解体。每一个被解体的3p2cooper对释放出两个对释放出两个正常中子。这些正常中子具有一定数量时，它们同正常质子的强烈正常中子。这些正常中子具有一定数量时，它们同正常质子的强烈耦合作用将使自转较慢的中子星壳层被核心超流体的快速旋转而带耦合作用将使自转较慢的中子星壳层被核心超流体的快速旋转而带动，这就产生了动，这就产生了glitch现象。现象。 一旦一旦 3p2 中子超流体的中子超流体的b相相 a相相, , 加热机制消失，冷却机制加热机制消失，冷却机制的作用

29、将使得的作用将使得3 3p2 中子超流体很快地再度偏离中子超流体很快地再度偏离esp状态，状态， a相相 b相。相。 3p2 中子超流体再度出现诱导磁矩，产生相应的的诱导磁场。中子超流体再度出现诱导磁矩，产生相应的的诱导磁场。主要思路主要思路1) 3p2中子超流体温度明显低于相变温度中子超流体温度明显低于相变温度2) 当当3p2中子超流体处于中子超流体处于b相状态时，相状态时，( (除了超流涡丝核心区域外除了超流涡丝核心区域外) )没有正常中子成分。因此，没有正常中子成分。因此，pbf冷却机制不出现。在从冷却机制不出现。在从3 3p p2 2中子超流中子超流体的体的b相向相向a相转变的过程中，

30、只有修正的相转变的过程中，只有修正的urcaurca中微子发射的冷却中微子发射的冷却机制和机制和3p2 我们的我们的3p2中子中子cooper对磁矩的磁偶极辐射对磁矩的磁偶极辐射( (3p2 mdra) )的产热率的产热率超过修正的超过修正的urcaurca过程的冷却率，由于这种净剩的热量供给，使得那过程的冷却率，由于这种净剩的热量供给，使得那些偏离些偏离espesp状态的状态的3 3p p2 2中子中子coopercooper对的磁矩对的磁矩逐渐地逐渐地恢复到恢复到完全混乱的完全混乱的esp状状( (即即 “等概率状态等概率状态”的的a 相相)。这段这段时间时间即即加热时标加热时标 在这段加

31、热时标内，同时也会有一部分在这段加热时标内，同时也会有一部分3 3p p2 2中子中子cooper对因加热对因加热 而解体而解体( (设其数量占百分比为设其数量占百分比为),),转转 变为正常中子。即当变为正常中子。即当3 3p p2 2中子中子超流体恢复超流体恢复a a相的同时相的同时, , 数量为数量为n(3p2)的的3p2中子中子cooper对被拆散对被拆散 为正常中子为正常中子( (总共数量为总共数量为2n(3p2)。它占总的中子数目的比例为。它占总的中子数目的比例为q ( 所有所有3p2中子中子cooper对内的中子数目占中子总数的比例为对内的中子数目占中子总数的比例为q ) )gl

32、itch( (中子星壳层旋转突然加快中子星壳层旋转突然加快) )4)根据根据b.link的论证：的论证：中子超流涡旋区域同中子超流涡旋区域同iiii型质子超导态型质子超导态( (超导磁超导磁通管通管) )区域是不会共存的区域是不会共存的(2003,phys.rev.lett.91(10):101101), 因因此我们可以认为在中子超流涡旋区域内，质子系统处于正常的此我们可以认为在中子超流涡旋区域内，质子系统处于正常的fermi 流体状态。而质子系统（通过流体状态。而质子系统（通过coulomb 相互作用相互作用)同中子同中子星内部和壳层的电子系统紧密地结合星内部和壳层的电子系统紧密地结合,它们

33、同中子星外壳共同以它们同中子星外壳共同以(脉冲星脉冲星)观测到的角速度观测到的角速度(=2/p) )统一地绕中子星旋转轴旋转，统一地绕中子星旋转轴旋转，基本上基本上同中子星内部同中子星内部中子超流涡旋区域脱耦中子超流涡旋区域脱耦, ,它们仅仅通过质子它们仅仅通过质子同中子超流涡丝轴线核心区域数量极少的正常中子之间的作用的同中子超流涡丝轴线核心区域数量极少的正常中子之间的作用的或电子磁矩同它们的磁矩之间极为微弱相互作用来联系。或电子磁矩同它们的磁矩之间极为微弱相互作用来联系。 但是，但是， 数量数量( (指指所占比例所占比例)为为q 的的( (刚被拆散的刚被拆散的)正常中子则正常中子则将会将会通

34、通过核力即正常的质子强烈地耦合过核力即正常的质子强烈地耦合, ,正是由于这种强烈耦合正是由于这种强烈耦合, , 使得使得内部快速旋转的整个中子流体系统将通过较强的耦合作用带动外内部快速旋转的整个中子流体系统将通过较强的耦合作用带动外部慢速旋转的壳层，使它突然加快旋转部慢速旋转的壳层，使它突然加快旋转, ,即导致了中子星整体磁即导致了中子星整体磁球球( (包括壳层包括壳层) )的转动突然加快，呈现出的转动突然加快，呈现出glitch现象现象。glitch的间隔时标的间隔时标一旦一旦3p2中子超流体恢复中子超流体恢复esp状态，原来偏离状态，原来偏离esp状态状态( (b相相) )的的诱导磁矩也就

35、随之消失诱导磁矩也就随之消失( (由由b b相转变为相转变为a a相相, ,加热时标为加热时标为theat) )。此后此后, ,我们的我们的3 3p p2 2 3p2 mdra) 也也就不会出现。就不会出现。将使将使前述被前述被拆散的一部分拆散的一部分( ) 3p2中子中子cooper对的正常中对的正常中子子再次恢复为再次恢复为cooper对。同时，对。同时，在各向异性在各向异性3p23p2中子中子cooper对的磁矩对的磁矩( (自旋自旋) )又迅速偏离又迅速偏离esp状态。它们再次迅速地趋状态。它们再次迅速地趋向于统计平衡的向于统计平衡的b相相 ( (即即3p2 esp状态的状态的转转变为

36、偏离变为偏离esp的的状态的状态的b相相) )。相继两次相继两次glitch的时间间隔的时间间隔 加热时标加热时标 + + 冷却时标冷却时标glitch的触发时标的触发时标由测不准关系式由测不准关系式( (核密度下核密度下) )21322()1(10)210secnpteprfmcmemrt作用作用设中子星内处于正常质子状态成分占设中子星内处于正常质子状态成分占yp ( 0.7s 的脉冲星没有探测到的脉冲星没有探测到glitch (lyne (2000) )。由于伴随着因此，相继两次由于伴随着因此，相继两次glitch的的幅度与时间间隔并幅度与时间间隔并不存在严格的规律或遵循周期或准周期关系不

37、存在严格的规律或遵循周期或准周期关系( (由于随机因素由于随机因素) ) 。多次多次glitch之后，相继两次之后，相继两次glitch的时间间隔会逐渐变长的时间间隔会逐渐变长、glitch的的幅度出现下降的趋势。幅度出现下降的趋势。v具体的定量估计具体的定量估计加热时标加热时标heattt持续8()311.6/521011281.0 10()11heattsfpwnb telnms()tt持续触发通过加热使通过加热使3 3p p2 2 转变为转变为a a相所需的时间就是加相所需的时间就是加热时标。热时标。即即: :使原有那些偏离使原有那些偏离espesp状态的状态的3 3p p2 2 esp

38、esp状态状态( (3p2中子超流体的诱导磁矩消失中子超流体的诱导磁矩消失)所需时标。所需时标。所需热量为所需热量为加热时标为加热时标为(0)(0)23282()()(1)32nnanbbnqnbktqmpktkt 8()()31.0()()1sfheatheatheatpqqnttyrmswlwn加热条件加热条件:正常中子数量增长的特征时标正常中子数量增长的特征时标, 就就突变的持续时标突变的持续时标 。即即: glitch突变的持续时标突变的持续时标 加热加热时标时标值的估算在这个加热时标内，同时被解体的3p2-中子cooper 对的中子数量的比例为q ,因此值可以估算如下:333()22

39、( ) ( )(4 /3)heatapheatqn mp np nrt2215128sin4.1 10()0.1bt :由于加热而解体由于加热而解体( (转变为正常中子转变为正常中子) )的的3p2中子中子cooper对对占总占总3p2中子中子cooper对的百分比对的百分比。glitch持续时标对年轻脉冲星, 如果它们的超流涡旋量子数仍然非常高6831010nn68228(1010 )(/1)(1010 )secheatsfttt pms yr持续如此非常短的持续时间，在非长年地连续监测的脉冲星观测中是难以发现与记录的。(0.1 10)sfpms3/n nt 持续持续 随着量的增加而逐渐增长

40、。中子星在演化进程中，超流涡旋的平均量子数,n ,逐渐降低,()3/heatnn将较快地降低t 持续持续也随着(超流涡旋整体的旋转减慢(周期增长)而逐渐增长。加热机制的效率 缓慢缓慢glitch现象现象(na wang et al. 2005 观测上发现观测上发现)3531010nn对于那些年龄较老的脉冲星对于那些年龄较老的脉冲星, 0.1secsfp358(1010 )(/1)(1 )heatsfttt pms yr持续几小时月物理图象物理图象: :老老年中子星内部的加热机制效率大大降低。使得在年中子星内部的加热机制效率大大降低。使得在较长的时标内才能有一定数量的中子较长的时标内才能有一定数

41、量的中子(它们它们能够曳动质子能够曳动质子- -电子电子等离子壳层等离子壳层、其其数量比例为数量比例为q ) )从从3p2- -中子中子cooper对对解体形成解体形成正常中子状态。这就会出现了缓慢正常中子状态。这就会出现了缓慢glitchglitch现象现象冷却时标冷却时标glitch的的冷却冷却时标时标 就是就是前述被拆散的一部分前述被拆散的一部分( () ) 3p2中子中子cooper对对的正常中子的正常中子由于由于murca的中微子发射过程再度恢复为的中微子发射过程再度恢复为cooper对的对的冷却时标。可以估算如下冷却时标。可以估算如下332083228,52215128( )( )2.4 10sec0.10.045sin4.1 10()0.1coolpsunheatmp np nttrmmevbtt相继两次相