【摘 要】
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脉冲星极冠区的级联过程是脉冲星最基础的物理过程之一,脉冲星周围的等离子体大气的产生和脉冲星风等都与该过程有关。然而在脉冲星高能辐射的观测中,并没有对极冠区级联过程的直接观测证据。脉冲星磁层中加速区的位置及具体的辐射过程有多种主流模型,脉冲星的非热X射线辐射来源也仍然存在争议。近年来一类新发现的被称为MeV脉冲星明显区别于普通伽马射线脉冲星。通常伽马射线脉冲星的辐射能量峰值在GeV波段,而MeV脉冲
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脉冲星极冠区的级联过程是脉冲星最基础的物理过程之一,脉冲星周围的等离子体大气的产生和脉冲星风等都与该过程有关。然而在脉冲星高能辐射的观测中,并没有对极冠区级联过程的直接观测证据。脉冲星磁层中加速区的位置及具体的辐射过程有多种主流模型,脉冲星的非热X射线辐射来源也仍然存在争议。近年来一类新发现的被称为MeV脉冲星明显区别于普通伽马射线脉冲星。通常伽马射线脉冲星的辐射能量峰值在GeV波段,而MeV脉冲星的伽马射线辐射的能谱峰值处于MeV波段,而没有GeV波段的辐射。一般认为伽马射线脉冲星的GeV辐射主要来自于光速圆柱附近,粒子在外间隙被加速后辐射出高能光子。而外磁层产生的GeV光子无法被光子-光子(γγ)的电子对产生过程减弱到MeV,因此这一模型无法解释为何MeV脉冲星没有探测到GeV波段的光子。MeV脉冲星可能是极冠区级联过程辐射的重要证据,本文中,我们研究了MeV脉冲星的辐射来自于极冠区级联过程产生的次级粒子的可能性。为了探究这种可能性,我们基于Timokhin等人(2015,2018)的算法模拟了脉冲星极冠区的级联过程,计算了脉冲星在不同周期、磁场强度和磁场线曲率半径下的粒子产率和总光度。模拟结果表明,在不考虑共振逆康普顿散射(RICS)时,粒子产率最大值在磁场强度约为1012G时取得,其最大值为(?)106,而考虑RICS时,取得最大值时的磁场强度略高于前者,产率最大值可达到~106.5,这要求脉冲星年轻且表面具有较高温度(T~106K)。然后我们把模拟方法应用到MeV脉冲星上。把模拟结果和MeV脉冲星的观测结果相比较,探究脉冲星的各个参数(如磁场线曲率半径和级联区域的大小)取何值时能吻合其观测数据。我们发现辐射能谱范围与脉冲星表面磁场线曲率半径有明显关系,当曲率半径取ρc=106cm时,其能谱可以较好地与观测数据拟合。因此我们认为MeV脉冲星的软伽马射线辐射可能来自于脉冲星极冠区的级联过程。
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