脉冲星磁层中波的传播效应

本课题的目标是理解脉冲星磁层中电磁波的传播效应对其辐射强度及偏振状态的影响，并研究传播效应与观测到的脉冲轮廓之间的关联。脉冲星的磁层是由相对论流动的电子－正电子对等离子体组成的（可能含有少量的离子）。而内磁层或星体表面产生的电磁波向外传播穿过磁层时必然会与这些等离子体发生相互作用，导致电磁波的强度和偏振甚至谱发生变化。脉冲星很多观测现象如偏振轮廓、圆偏振等，都可能受到磁层中传播效应的调制。电磁波在磁层中的传播效应主要有以下几种：回旋共振、模式耦合、折射效应、准切点效应和同步吸收等等。这些效应作用于不同的参数区域（辐射几何，磁场，频率，等离子体密度、速度等），对辐射的影响也各不相同。利用我们已经建立的一套自洽的计算机模拟方法，我们可以研究各种传播效应对脉冲星辐射的综合影响。我们还将深入研究观测到的各种形态的脉冲轮廓与传播效应的关联，并希望借此来限制脉冲星及其磁层中等离子体的特性。

脉冲星辐射及偏振的起源一直是脉冲星研究中的一个疑难问题，目前仍然没有很好的理解。本项研究主要着眼于偏振辐射在脉冲星磁层中的传播，通过理论分析和计算机模拟结合的方法研究辐射强度和偏振状态的变化。同时与辐射过程联系在一起，希望能以此来解释观测到的脉冲星偏振辐射现象。本项研究主要成果包括：1）脉冲星磁层中法拉第选择效应的研究。与平常星际介质不同，脉冲星磁层中等离子体主要是沿磁力线流动的高度相对论正负电子流。我们利用解析以及数值模拟的方法，研究了脉冲星辐射在磁层中法拉第效应的影响。发现如果等离子体高度不对称（比如电子密度远大于正电子密度），则本征法拉第效应的影响不能忽略，且与星际介质中不同，法拉第旋率会随旋转相位和辐射频率变化。该项研究对于理解部分脉冲星中法拉第旋率随相位的变化有一定的帮助。2）旋转磁层中的曲率辐射研究。脉冲星磁层中等离子体除了中沿磁力线相对论流动外，还随着磁层共转。考虑共转的影响，粒子获得了额外的速度和加速度，从而对辐射的偏振特性有较大的影响。利用数值计算的方法，我们详细研究了不同等离子体密度速度模型下曲率辐射的偏振轮廓。该项研究有理的促进了人们对曲率辐射的理解。3）锥辐射主导脉冲星的辐射宽度随频率的变化关系（FDB）的研究。锥辐射主导脉冲星其辐射束宽度与频率存在幂律关系，以前的工作并没有很好的解释这个关系。我们利用曲率辐射机制，详细计算了不同的等离子体密度和速度模型下曲率辐射轮廓和相应的FDB曲线，发现只有patch密度模型可以较好的解释锥双峰脉冲星轮廓中的FDB关系。这一系列研究有力的促进了对脉冲星偏振辐射起源的理解。项目执行期间总共发表了3篇国际刊物SCI论文。