Fast Radio Bursts from reconnection events in magnetar magnetospheres
Lyutikov（2002年）预测“软伽马射线中继器（SGR）在爆发活动期间的无线电发射”。在时间上与银河系磁星SGR 1935+2154的高能量爆发重合的Mega-Jansky射电爆发的检测证实了这一预测。这个射电事件与快速射电暴（FRB）的相似性表明FRB是在磁星磁层内产生的。我们证明了SGR 1935+2154满足先前推导出的对FRB轨迹处物理参数的约束。相干射电辐射产生于磁层内部的$r< 100 R_{\rm NS}$。无线电发射是由尚未确认的等离子体发射过程产生的，发生在重连事件的初始阶段。
2020-05-12 astro-ph.HE
Thermoplastic waves in magnetars
磁星活动是由中子星表面的剪切运动产生的，这种剪切运动释放了内部的磁应力。用地震和断层来类比是有问题的，因为地壳被强磁场所渗透，这极大地限制了地壳的位移。我们描述了一种新的变形机制，这是特定于强磁化中子星。由于热塑性塑料的不稳定性，受到磁应力的地壳开始移动，从而发射出剪切地壳并燃烧其磁能的波。传播波阵面类似于燃烧物理学中的爆燃阵面。我们描述的不稳定性，前结构和速度的条件，并讨论所观察到的磁星活动的影响。
2014-08-12 astro-ph.HE
Damping of Fast Radio Bursts in the Inner Magnetospheres of Magnetars
University of Maryland（马里兰大学）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；Stanford University（斯坦福大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）
研究FRB在磁星内磁层中的传播，通过三维力-free电动力学模拟发现非线性三波相互作用导致FRB能量转移到Alfvén波，从而强烈衰减射电信号。
2026-06-19 astro-ph.HE
Rotating twisted magnetosphere of magnetars: approximate analytical solutions
Guangzhou University（广州大学）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
本文通过近似解析解研究磁星旋转扭曲磁层的特性，发现扭曲度增加导致Y点半径减小、极帽面积增大、粒子喷流辐射功率增强，并推测磁星射电发射和快速射电暴可能起源于其开放磁力线区域。
2025-12-04 astro-ph.HE
Three-Dimensional Numerical Simulations of Magnetar Crust Quakes
University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）；Princeton University（普林斯顿大学）
磁星地壳地震通过三维模拟揭示了高频磁弹性波的传播特性及磁层辐射调制机制，为理解磁星爆发和快速射电暴触发机制提供新视角。
2026-01-19 astro-ph.HE
Particle-in-cell simulations of the twisted magnetospheres of magnetars
磁星的磁层被认为充满了由放电产生的电子-正电子等离子体。我们提出了第一个直接的数值实验，显示如何创建等离子体在轴对称封闭磁层。$e^\pm$放电的发生是由于磁星表面的剪切变形导致磁场扭曲，从而向磁层发射电流。模拟显示了具有未屏蔽电场（$\mathbf{E}\cdot \mathbf{B}\neq 0$）的电“间隙”的形成，该电场沿着磁场线持续加速粒子并维持对的产生。加速电压自调节到$e^\pm$放电的阈值。它控制着能量释放的速率和磁扭曲的寿命。该模拟跟踪了全球扭曲磁层在很长一段时间内的演化，并展示了其逐渐的电阻解扭曲。一个真空腔在恒星附近形成并膨胀，逐渐擦除磁层电流$j$。活跃的j束随着时间的推移而收缩，它的足迹在磁星表面形成收缩的热点，这些热点被所产生的粒子轰击。
2016-10-31 astro-ph.HE
Can a strong radio burst escape the magnetosphere of a magnetar?
本文研究了磁星磁层内发射快速射电暴的可能性。在其传播过程中，无线电波必须与外磁层中半径为$R=10^9$-$10^{10}\,$ cm的低密度$e^\pm$等离子体相互作用。在这个区域，磁层粒子有一个巨大的截面来散射波。结果，波与磁层强烈相互作用并压缩它，将FRB能量沉积到压缩场和散射辐射中。散射光谱延伸到$γ$射线带并触发$e^\pm$雪崩，进一步增加不透明度.这些过程阻塞FRB，不利于无线电源限制在$R\ll 10^{10}\,$ cm的情况。观测到的FRB可能是由磁层耀斑喷出物向大半径输送能量而发射的。
2021-10-18 astro-ph.HE
Magnetar heating
我们研究了四个候选机制，可以解释磁星的高表面温度。(1)来自液核的热通量被双极扩散加热。如果在温度为$T_{core}>6\times 10^8$ K时，核心加热抵消中微子冷却，则它可以维持观测到的表面光度$L_s\approx 10^{35}$ erg/s。如果核心磁场超过$10^{16}$ G，并且磁星的热覆盖层具有轻元素成分，则这种情况是可行的。然而，我们发现，这样一个热的核心的寿命应该是短于典型的观察到的磁星的寿命。(2)固体地壳中的机械耗散。这种加热可以是准稳定的，由逐渐（或频繁）的地壳屈服于磁应力提供动力。我们证明了它服从一个强上限。只要地壳应力是由地核中的场演化或地壳中的霍尔漂移产生的，机械加热就不足以维持持续的$L_s\approx 10^{35}$ erg/s。在另一种由外部磁层耀斑触发的机械变形的情况下，表面光度增加。(3)地壳、体积或电流片中的欧姆耗散。由于地壳的高传导性，这种机制效率不高。只有地壳磁场$B>10^{16}$ G在100米尺度上变化的极端磁场配置才能提供$L_s\approx 10^{35}$ erg/s。(4)在磁层中加速的粒子对恒星表面的轰击。这种机制在磁星上产生热点。对瞬变磁星的观测显示了外部加热的证据。
2016-09-05 astro-ph.HE
Fast Radio Bursts as crustal dynamical events induced by magnetic field evolution in young magnetars
在这项工作中，我们重新审视一个模型，重复快速射电暴的基础上释放的能量引起的磁场动态影响磁星的地壳。我们解决了这样一个模型的基本问题，通过近似求解扰动的传播，并量化能量和磁层中所谓的{ \it电荷饥饿}区域中的电荷束的辐射。SGR 1935+2154（几乎）同时发射的新探测到的X射线暂时与传播背后的重连有关。的强度的$f$模式的引力辐射激发的事件是量化的，和更详细的研究的非线性（尖峰）孤子的解决方案建议。
2021-09-21 astro-ph.HE
Pair separation in parallel electric field in magnetar magnetosphere and narrow spectra of fast radio bursts
当磁星的磁层受到地壳形变的扰动时，在电荷饥饿区，通过阿尔夫芬波会出现平行于磁场线的电场$E_\parallel$。电子-正电子对聚束将通过磁层中的双流不稳定性产生，并且这些对将在$E_\parallel$中经历电荷分离，同时发射相干曲率辐射。按照Yang & Zhang（2018）的方法，我们发现叠加的曲率辐射由于电荷分离而变得更窄，光谱的宽度取决于电子和正电子团簇之间的分离。这种机制可以解释FRB的窄光谱，特别是最近发现的银河系FRB 200428的光谱与银河系磁星SGR J1935+2154的硬X射线爆发有关。
2020-09-04 astro-ph.HE
Twisting, reconnecting magnetospheres and magnetar spindown
我们提出了第一个模拟的演变，强烈扭曲的磁星磁层。磁星地壳的缓慢剪切被认为会导致一系列磁层膨胀和重连事件，对应于X射线耀斑和爆发。轴对称模拟包括中子星的旋转和磁风通过轻圆柱。我们研究了如何增加扭曲影响的自旋速率的明星，发现一个戏剧性的增加自旋发生。特别壮观的是由大量过度扭曲的磁通量突然打开而引起的爆炸事件，这可能与观测到的巨型耀斑有关。这些事件伴随着短时间的超强自旋下降，导致自旋周期突然增加，例如在SGR 1900+14的巨大耀斑中观察到的。
2012-09-12 astro-ph.HE
Young magnetars with fracturing crusts as fast radio burst repeaters
快速射电暴是起源于河外的毫秒级射电脉冲。最近的一项统计分析发现，重复源FRB 121102的爆发能量遵循幂律，其指数与古腾堡-里克特地震定律惊人地一致。这暗示重复爆发体可能是经历剧烈构造活动的致密物体。对于年轻的磁星，拥有地壳磁场，这是既强（$B \gtrsim 10^{15}$ G）和高度多极，霍尔漂移可以煽动显着的领域重组，即使在$\lesssim$世纪长的时间尺度。这种重新配置在恒星的外层产生了磁应力区，其强度可能足以促进频繁的地壳故障。在本文中，假设一个地震的情况下，我们展示了如何地壳场的演变，这决定了由此产生的裂缝的几何形状，可以绑定到爆裂性能。高度各向异性应力产生的多极场的快速演变，这意味着小，局部裂纹可以偶尔发生在整个地壳在霍尔演化。这些浅裂缝中的每一个都可能释放能量爆发，其量级与重复源FRB 121102和FRB 180814.J0422+73中所见的一致。
2019-08-19 astro-ph.HE
Crustal Quakes Spark Magnetospheric Blasts: Imprints of Realistic Magnetar Crust Oscillations on the Fast Radio Burst Signal
本文将磁星地壳的磁弹性动力学模拟与磁层的三维相对论电动力学模拟结合，揭示地壳振荡触发磁层波并引发多种非线性现象，为快速射电暴机制提供约束。
2025-08-25 astro-ph.HE
Spectral Evidence of Heavy Nuclei from the Neutron Star Crust in Magnetar Bursts
Central China Normal University（华中师范大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
通过分析磁星爆发的X射线光谱，研究发现光谱特征支持重核参与其中，为中子星 crust 的成分和发射火球的位置提供了新的观测约束。
2026-08-03 astro-ph.HE
Large polar caps for twisted magnetosphere of magnetars
磁星的磁场与正常磁星的磁场相比可能是扭曲的。以往的工作主要讨论磁星闭合磁力线区的磁能释放。对于扭曲的磁场，磁力线将在径向膨胀。与普通柱面相似，引入了轻柱面半径的概念。更多的磁力线将穿过光圆柱体，变成扭曲的磁场。因此，磁星可能有一个大的极帽，这可能对应于爆发时的热点。在开放磁力线区域中的粒子流将导致磁场的解扭。可以计算开放场线区域中的磁能释放。模型计算可以捕捉到磁星爆发的一般趋势：X射线亮度降低、热点收缩等。对于在开放磁力线区的磁能释放，同一颗磁星不同爆发的几何形状是相同的。
2019-09-16 astro-ph.HE
Correlation of Burst Behaviour with Magnetar Age
通过分析多仪器历史观测数据，发现磁星特征年龄与爆发能量及活动水平显著相关，并解释为老化磁星地壳高应力体积减小及磁场衰减导致Hall漂移有效应力区变浅的结果。
2025-06-06 astro-ph.HE
Global Crustal Dynamics of Magnetars in Relation to their Bright X-ray Outbursts
本文研究了中子星地壳对核壳边界上光滑的、不平衡的麦克斯韦应力的屈服响应，以及地壳与外部磁场的耦合。磁星地壳中的应力积累和屈服是一种全球性现象：从一个塑性变形区辐射的弹性变形显示出在远处区域显著增加蠕变速率。动态速率的失控蠕变被证明是可能的，通过原位加热和抑制嵌入的磁场的热传导和剪切增强。一个全球性的和随时间变化的弹性，塑性，磁性和热演化模型的开发。断层状结构自然发展，并观察到一系列的爆发时间尺度。具有类似于巨型磁星耀斑（毫秒上升，$\sim$ 0.1 s持续时间和衰减的幂律尾）的时间剖面的瞬态事件是由失控蠕变引起的，这种蠕变始于局部的次千米大小的斑块，并蔓延到整个地壳。在垂直分层地壳应力松弛的一维模型表明，适度增加施加的应力允许嵌入的磁剪切逃脱恒星超过$\sim$ 3-10毫秒，耗散更大的能量，如果外部场已经剪切。几个这样的相互耦合的区域自然产生持续时间为$\sim$ 0.1 s的脉冲串，如在宽范围的脉冲串能量上观察到的。许多塑性区的集体相互作用迫使地壳的全球弹性模式的超稳定性，与QPO活动延伸超过$\gtrsim$ 100 s。巨型耀斑可能涉及局部区域的突然熔化，高频（$\gg$ 100 Hz）QPO对应于这些区域内的阿尔文驻波。
2016-08-08 astro-ph.HE
Fast radio bursts from reconnection in magnetar magnetosphere
在一些快速射电暴中，已经报道了接近100%的线极化。这一发现严格限制了排放机制。我认为全极化辐射可能是在磁星外磁层的相对论性磁重联过程中产生的。磁星耀斑爆发时，大尺度的磁扰动形成磁脉冲，从耀斑中心向外传播。脉冲强烈压缩磁层等离子体并将其推开。当磁脉冲到达电流片时产生高频MHD波，电流片刚好在光圆柱之外分离出相反方向的磁场。磁岛在重新连接的电流片中的合并产生磁声波，磁声波在磁脉冲的顶部传播，并在风的远区逃逸为沿磁星旋转轴极化的无线电波。我估计参数的传出辐射，并表明，他们是兼容的FRB的观察到的属性。
2020-05-27 astro-ph.HE
Twisted magnetar magnetospheres
本文通过数值求解扭曲相对论无力轴对称磁层，发现增加扭曲使更多磁场线开放，增大极冠并提高自转减慢速率，且闭合区在光圆柱内终止，影响磁星自转变化和脉冲星现象。
2023-11-14 astro-ph.HE
Equation of state of magnetar crusts from Hartree-Fock-Bogoliubov atomic mass models
利用Lai和Shapiro（1991）的模型确定了冷的非吸积磁星外壳的物态方程。为此，我们利用了最新的实验原子质量数据，并补充了Hartree-Fock-Bogoliubov（HFB）质量模型。磁星壳被发现与普通中子星的壳有很大不同。
2012-10-05 astro-ph.HE nucl-th
Transparency of Fast Radio Burst Waves in Magnetar Magnetospheres
至少有一些快速射电暴（FRB）是由磁星产生的。尽管越来越多的观测证据指向FRB发射的磁层起源，但FRB产生的位置问题仍在争论之中。一个反对明亮的FRB起源于磁层的论点是，与FRB相关的无线电波可能在逃离磁层之前损失了大部分能量，因为在强磁场存在的情况下，$e^\pm$散射大振幅电磁波的横截面比汤普森横截面大得多。我们已经调查了这一建议，并发现，FRB辐射通过磁星的磁层的开放场线区域旅行不会遭受太大的损失，由于两个以前忽略的因素。首先，外磁层（$r \gta 10^9 \ $ cm）中的等离子体可能会以高洛伦兹因子$γ_p \geq 10^3$向外流动，而外磁层中的等离子体可能是损失最严重的地方。第二，在外磁层中，波矢量和磁场矢量之间的角度$θ_B$可能为0.1弧度或更小，部分原因是强烈的FRB脉冲使开放的磁场线倾斜，使得它们与脉冲传播方向对齐。这两种效应都大大减少了FRB脉冲与等离子体之间的相互作用。我们发现，一个明亮的FRB与各向同性的光度$L_{\rm frb} \gta 10^{42} \ {\rm erg \ s^{-1}}$可以逃脱磁层毫发无损的大部分的$γ_p-θ_B$参数空间，因此得出结论，在磁星磁层FRB的产生通过这个测试。
2022-10-04 astro-ph.HE
The Mysterious Magnetospheres of Magnetars
磁星是银河系中观测到的恒星质量范围内最明亮的致密天体，在银河系附近的三个软伽马中继站探测到了硬X射线功率约为10^45 erg/sec的巨型耀斑。磁星持续发射的周期性，以及独特的“自旋下降”延长这一周期，推动了强磁化中子星构成这些迷人来源的范例。稳定的X射线辐射包括热大气成分和磁层贡献，表现为硬X射线“尾巴”。“本文论述了与磁星稳定硬X射线发射有关的观测和理论要素，重点是磁星磁层中的耗散过程以及康普顿化和极化要素。它还讨论了光子分裂和磁对创建的奇异和基本QED机制的行动和可能的签名，并寻求其观测辩护。
2020-12-19 astro-ph.HE
X-ray Perspective of the Twisted Magnetospheres of Magnetars
异常X射线源星（AXP）和软γ射线中继星（SGR）因其高能爆发和快速自旋下降而被认为是最有希望的磁星候选者。预计强磁场通过影响磁星大气中的辐射过程和通过在上层磁层中的散射，在出射辐射上留下独特的印记。我们构建了一个自洽的物理模型，采用Monte Carlo技术，结合从磁星表面的发射和其在三维（3D）扭曲磁层的再处理。合成谱的特征在于四个参数：表面温度kT，表面磁场强度$B$，磁层扭曲角$Δϕ$，和归一化电子速度$β$。我们还创建了一个表格模型（STEMS 3D），并将其应用到一个大样本的XMM-牛顿光谱的磁星。该模型成功地拟合了几乎所有的光谱，并获得了磁场的11个源中的7个是一致的值推断的自旋下降率。我们的结论是，连续拟合我们的模型是一个强大的方法来测量的磁场强度和磁层配置的AXP和SGR。通过对变源多次观测的研究，我们还研究了变源的光谱演化机制。我们的结果表明，这些源的磁层是高度扭曲的（$Δϕ> 1$），并揭示了磁层扭曲和解扭曲的行为在2002年爆发的1 E 2259+586。
2015-05-22 astro-ph.HE
Coherent radio emission from a twisted magnetosphere after magnetar-quake
磁星是一类高度磁化、缓慢旋转的中子星，其中只有一小部分显示出射电辐射。我们提出相干射电曲率辐射是由磁震情形下的扭电流传输束（j束）的净电荷涨落产生的。双光子对的产生被触发，这需要在载流束中不太高于$10^9$ V的阈值电压，并且可以被视为磁星的“开放场线”。磁层持续的解旋维持着变化的波动，因此在逐渐缩小的j束中保持着相干的无线电发射，这种情况会持续数年，直到无线电波束太小而无法被探测到。模拟得到的射电辐射峰值通量和平坦谱与观测结果基本一致。我们表明，这种依赖于时间的，锥束，辐射模型可以解释变量无线电脉动行为和无线电瞬变磁星XTE J1810 $-$ 197和高$B$脉冲星/AXP PSR J1622 $-$ 4950的X射线热点的演化。磁星在X射线爆发后，预计会探测到亮度为$\lesssim10^{31}\,{\rm erg\,s^{-1}}$的射电辐射和高频振荡。讨论了磁星和普通磁星射电辐射的差异。
2019-03-08 astro-ph.HE
High-Energy Photon Opacity in the Twisted Magnetospheres of Magnetars
磁星是一种中子星，其特征是表面磁场很强，通常超过44.1太高斯的量子临界值。高能光子在其磁层中的传播可以通过量子电动力学过程如光子分裂和磁对产生而衰减。在本文中，我们计算了由于光子分裂和对创建的光子发射在磁星的磁层中的任何地方的不透明度。轴对称，扭曲偶极子场配置嵌入史瓦西度规处理。本文计算了光子在弯曲时空中传播到无穷远的最大能量。特别强调的情况下，光子产生沿磁场环路和/或在极地地区，这些情况下直接涉及到共振逆康普顿散射模型的硬X射线发射磁星和康普顿软γ射线发射从巨大的耀斑。我们发现，磁层扭曲的增加提高或降低光子不透明度，这取决于两个发射场所，以及场线拉直和场强增强之间的竞争。因此，考虑到硬X射线爆发和磁星持续的“尾部”发射的隐含光谱透明度，光子分裂的考虑限制了它们的发射区域位置和磁层的扭曲角;这些限制可以通过未来的软伽马射线望远镜（如COSI和AMEGO）来探测。扭曲的包含通常会增加光子对创建的不透明体积，超过其阈值，除非光子在极区发射并近似平行于场。
2022-09-30 astro-ph.HE
Friedel crystals and the outer crust of magnetars
在磁星表面发现的强磁场对磁星包层中的原子物理学有着深远的影响。我们认为，Friedel振荡的离子之间的库仑力，由于电子屏蔽可以，对于某些值的参数，是决定的晶体结构的外地壳的磁星的主导作用。我们估计的密度和磁场，这种情况发生，计算一些弹性模量和晶格声子色散关系在这个"弗里德尔晶体"相。
2013-06-19 astro-ph.HE nucl-th
Crust-magnetosphere coupling during magnetar evolution and implications for the surface temperature
我们研究了无力磁层与磁星内部长期演化的耦合。我们允许的极向和环形流函数之间的关系-磁层的特点-自由发展，而不限制其特定的形式。我们发现，在kyr量级的时间尺度上，磁层中储存的能量随着环形区域的增长和磁力线向外扩展而逐渐增加。这种情况一直持续到达到一个临界点，超过这个临界点，磁层的无力解决方案就无法再构建，这可能会导致一些大规模的磁层重组。对于$10^{14}\,$ G的场，可用于这种事件的能量预算可以高达几个$10^{45}\,$ erg。随后，从新的初始条件开始，以类似的方式进行演化。到达临界点的时间尺度与磁场振幅成反比。允许电流通过地表以下最后几米的地方，那里的磁扩散率比地壳大几个数量级，应该会通过焦耳加热产生大量的能量沉积。我们估计，有效表面温度可以增加局部从$\sim 0.1\,$ keV的$\sim 0.3 - 0.6\,$ keV，与观测结果吻合得很好。同样，从内部输入到磁层的能量可能高达$10^{35} - 10^{36}\,$ erg/s，这与磁星爆发期间观测到的峰值亮度一致。因此，可能需要对流经包层的电流进行详细的处理，以解释磁星的热特性。
2018-10-09 astro-ph.HE
Magnetars oscillations in the presence of a crust
本文研究了中子星在强磁场作用下的轴对称扰动，考虑了流体核与固体壳的耦合振荡。我们恢复离散振荡的基础上，主要是在地壳和连续的核心。我们还证实了在两个连续体之间的间隙中存在“离散阿尔文模式”（参见Van Hooven& Levin（2011）），此外，我们还可以在连续体内部解决其中一些模式。我们的结果可以解释SGR 1806-20和SGR 1900+14中观测到的低和高准周期振荡（QPO），并对这两颗磁星的质量、半径和地壳厚度提出了约束。
2011-05-27 astro-ph.HE gr-qc
Fast radio bursts and their high-energy counterpart from magnetar magnetospheres
最近发现的银河系快速射电暴（FRB）与来自银河系磁星SGR J 1935 +2154的X射线暴（XRB）同时发生，这意味着至少有一些FRB来自磁星活动。我们认为FRB是由磁星的地壳破裂触发的，其爆发事件率取决于地壳中的磁场强度。由于极区地壳破裂速率相对较高，因此FRB更倾向于在多极磁极方向附近触发。地壳破裂产生阿尔文波，在磁层中形成一个电荷匮乏的区域，并导致非稳态对等离子体放电。FRB是由跨磁场线的非均匀对产生的相干等离子体辐射产生的。同时，FRB相关的XRB是由外部磁场线的快速弛豫产生的。在这张照片中，与FRB 200428相关的尖峰硬X射线分量来自相邻捕获火球之间的区域，其具有高截止能量的光谱归因于共振康普顿散射。持续的X射线辐射来自磁层活动加热的热点，其温度演化受磁星表面冷却的控制。在这幅图中，磁场较强的磁星往往会产生更明亮、更频繁的重复爆发。
2021-07-14 astro-ph.HE
Fluctuating neutron star magnetosphere: braking indices of eight pulsars, frequency second derivatives of 222 pulsars and 15 magnetars
有8个磁偶极子的制动指数较低，对磁偶极子的制动提出了挑战。222颗恒星和15颗磁星的频率二阶导数分布异常，这也与经典认识相矛盾。利用中子星风制动模型研究了中子星磁层活动对这两种现象的影响。它是基于观测证据，脉冲星定时与发射相关，这两个方面反映了磁层活动。对于物理上的中子星磁层来说，涨落是不可避免的。年轻恒星具有有意义的制动指数，而老恒星和磁星的涨落项主导着它们的频率二阶导数。它可以统一解释制动指数和频率二阶导数。八颗行星的制动指数是磁偶极子辐射和粒子风的综合效应。在脉冲星的生命周期中，它的制动指数将从3演变为1。低制动指数的脉冲星对中子星磁层中粒子的加速过程有很强的约束作用。在脉冲星长期自转演化过程中，应考虑脉冲星死亡的影响。推导了脉冲星自旋下降时的布朗运动的朗之万方程。中子星磁层中的涨落可以是周期性的，也可以是随机的，这两种涨落都会导致频率二阶导数的异常，它们的结果是相似的。磁星的磁层活动总是强于正常磁星。
2016-01-26 astro-ph.HE
Spin-polarization of the neutron ocean in magnetar crusts
Institute of Astronomy and Astrophysics, Université Libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学天体物理与天文学研究所）；Brussels Laboratory of the Universe (BLU-ULB)（宇宙布鲁塞尔实验室）
本研究考虑自由中子自旋极化，发现强磁场会降低磁星内外壳边界处的压力和密度，使外壳变薄、抑制超重核形成并使中子海洋极化，影响磁星现象与r-过程核合成。
2026-09-14 astro-ph.HE nucl-th
Long-term evolution of the force-free twisted magnetosphere of a magnetar
研究了磁星无力磁层与内部磁场耦合的长期准定常演化。我们发现，磁层电流可以维持在数千年的时间尺度上。与此同时，磁层中储存的能量、螺旋度和扭曲度都在这一演化过程中逐渐增加，直到达到一个临界点，超过这个临界点就不能构建一个没有力的磁层。在这一点上，一些大规模的磁层重排，可能导致爆发或耀斑，必须发生，释放大部分的存储能量，螺旋度和扭曲。在此之后，准稳态演化应该以类似的方式从新的初始条件继续。达到该临界点的时间尺度取决于总磁场强度和环向场的相对分数。储存在无力磁层的能量被发现是高达$\sim 30\%$大于相应的真空能量。这意味着，对于磁极处的$10^{14}$ G场，可用于快速磁层事件的能量预算是几个$10^{44}$ erg的量级。由于磁层中的偶极含量被存在于那里的电流所增强，估计自旋下降速率将增加到$\sim 60\%$。制动指数$n$的粗略估计表明，它是系统的$n < 3$的大部分演变，与实际测量的磁星和早期估计的几个磁星一致。
2018-10-10 astro-ph.HE
Magnetar field evolution and crustal plasticity
磁星的活动被认为是由巨大的磁能库提供动力的。我们描绘了一幅演化的图景，其中磁星内部场的演化产生了一个扭曲的日冕，能量可能会在一个巨大的耀斑中突然释放，或者通过较小的爆发和持续的发射逐渐释放。鉴于磁星的年龄和巨大耀斑的能量，我们认为它们的演化是由一种新的机制驱动的：由于地壳中持续的塑性流动导致的磁通量传输/衰减，这将使通常的假设失效，即地壳晶格是静态的，只在霍尔漂移和欧姆衰减下演化。我们估计所需的磁场强度诱导塑性流动作为地壳深度的函数，和塑性相的粘度。恒星的超导核心也可能在磁星场演化中扮演角色，这取决于恒星的自旋历史以及旋转涡旋和磁通管如何相互作用。
2016-06-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
Influence of Magnetic Field Decay on Electron Capture in Magnetars
磁场衰变产生的电子俘获退激发能可能是磁星地壳加热的一个新来源，因此本文采用实验数据或理论模型（包括大尺度壳层模型和准粒子无规相近似）的结果，对磁星地壳附近的电子俘获过程进行了定量计算，并分析了其对磁星持续X射线辐射的影响。
2013-09-15 astro-ph.HE
Fast Radio Bursts with Narrow Beaming Angles Can Escape from Magnetar Magnetospheres
本研究证明窄波束角（约10^-2弧度或更小）的快速射电暴可显著减少磁层等离子体散射和双光子湮灭，从而成功逃逸磁星磁层，支持其磁层起源假说。
2024-10-05 astro-ph.HE
Magnetar activity mediated by plastic deformations of neutron star crust
我们提出了磁星活动的“太阳耀斑“模型，而在地壳上部的磁场的缓慢演变，由电子MHD（EMHD）流驱动，扭曲外部磁通量管，产生持续发射，爆发和耀斑。与此同时，中子星地壳塑性地释放了外加磁场应力，将应变$ ε_t $限制在远低于脆性断裂的临界应变$ ε_{crit}$ $ ε_t \sim 10^{-2}ε_{crit} $的值。类似磁星的行为发生在磁赤道附近，在所有的中子星中都有发生，只是程度不同。持续的光度与磁场的立方幂成正比（在给定的年龄），因此在大多数旋转动力的中子星中很难观测到。只有当磁场超过某个阈值时，才可能发生巨大的耀斑，而较小的爆发和耀斑可能发生在相对较小的磁场中。爆发和耀斑是磁层重联事件，发射阿尔芬冲击波，在撞击中子星表面时转换为高频哨声。由于电子密度的增加（以及由此产生的波的减慢），以及由于哨声脉冲随深度的增加的相干性，所产生的哨声脉冲引起随深度增加的应变。哨声脉冲在对应于$ρ\sim 10^{10} {\rm g cm}^{-3}$的浅深度以大约一天的时间尺度消散;这种能量被检测为增强的耀斑后表面发射。
2014-10-13 astro-ph.HE
Magnetic Field-Decay-Induced Electron Captures: a Strong Heat Source in Magnetar Crusts
我们提出了一种新的加热机制在磁星壳。磁星的地壳磁场比它们的表面磁场强得多;因此，磁压部分地支撑着地壳对抗重力。随着磁场的衰减，地壳失去了磁压的支持，必须通过增加电子简并压力来补偿;伴随的电子费米能的增加会引起非平衡的放热电子捕获。通过场衰变电子捕获释放的总热量与地壳中的总磁能相当。因此，场衰减电子捕获是一个重要的，如果不是主要的，驱动磁星的软X射线发射的机制。
2009-12-03 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-ex
A Quake Quenching the Vela Pulsar
与2016年船帆座旋转故障同时发生的显着零脉冲表明涉及中子星地壳和磁层的动力学事件。我们认为，地壳地震与故障强烈干扰船帆座磁层，从而中断其无线电发射。我们提出了第一个全球性的中子星震数值模拟。我们的代码解决了整个地壳的弹性动力学，并遵循在磁层中激发的阿尔文波的演变。我们观察到瑞利表面波传播远离震中的地震，周围的地壳圆周-一个例子，所谓的回音壁模式。瑞利波确定了磁层扰动的初始空间尺度。一旦发射，阿尔文波在封闭的磁层中反弹，变得失相，并产生强大的电流，能够点燃放电。最有可能的是，放电使磁层充满了电子-正电子等离子体，熄灭了无线电发射。我们发现，如果地壳与中子星的超导核磁耦合，观测到的$\sim 0.2$扰动与地壳波的阻尼时间是一致的。预计这次地震将产生一个短时间的弱X射线爆发。
2020-09-30 astro-ph.HE
Magnetohydrodynamic stability of magnetars in the ultrastrong field regime II: The crust
研究了强磁场作用下霍尔磁流体动力学的稳定性，其中电子的朗道量子化是重要的。我们发现，强场霍尔模可以不稳定的微分磁化率的磁场强度的依赖性。这种不稳定性研究使用线性微扰理论，并发现有典型的增长时间为$\lesssim 10^3$年，增长时间作为波长的函数的扰动。不稳定性是自限性的，在局部场增长初始值的百分之几的一段时间后关闭。有限的温度也被证明限制了不稳定性，足够高的温度完全消除了它。阿尔文波可以在较短的时间尺度上表现出类似的不稳定行为。我们发现，欧姆加热，由于开发通过不稳定性和磁畴形成的大领域是不够大，以占观察到的磁星表面温度。然而，朗道量子化电子的振荡微分磁化率增强了欧姆加热，这对中子星壳的磁热模拟具有重要意义。
2023-02-20 astro-ph.HE
Resonant Inverse Compton Scattering and Hard X-ray Emission in Magnetar Magnetospheres
Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）
研究通过反斯托克斯散射机制解释磁星硬X射线发射，分析磁层等离子体密度变化及光学深度约束，提出赤道扭旋结构能解释NuSTAR观测结果。
2026-08-10 astro-ph.HE
Escape of Fast Radio Bursts from magnetars' magnetospheres
讨论了快速射电暴（FRB）产生和逃逸过程中的耗散过程。在发射区需要高磁场，既考虑到FRB的整体能量，又为了抑制射电发射粒子的"正常“（非相干）辐射损失;这将发射半径限制在$\leq {\rm few} \times 10 R_{NS}$。强FRB脉冲中粒子的辐射损失可能发生在磁层的外部区域，旋转周期较长，$P\geq 1$秒。这些损失被几种效应抑制：（i）背景等离子体沿波传播方向的有质动力预加速（损耗大约减少为$γ_\parallel^{3}$：较小的频率，功率为$ \propto γ_\parallel^2$，时间尺度被拉伸，$ \propto γ_\parallel$）;这种加速是非耗散的，并且在脉冲的下降部分被逆转;（二）朗道-波梅兰丘克-米格达尔效应（长辐射形成长度和随之而来的散射波的相消干涉）。在某些情况下，FRB脉冲可能在外部扰动（例如，阿尔芬波的入射脉冲）：这可能会产生紫外线/软X射线脉冲，这是FRB的天鹅之歌，可能被钱德拉探测到。
2021-10-16 astro-ph.HE
Numerical simulation of electron magnetohydrodynamics with Landau-quantized electrons in magnetar crusts
本研究通过准三维电子磁流体模拟，发现朗道量子化引起的磁化率振荡可将磁星壳层欧姆耗散增强约3至4.5倍，非线性霍尔项是关键，有助于解释磁星加热问题。
2025-01-23 astro-ph.HE
Probing magnetars magnetosphere through X-ray polarization measurements
对磁星的研究具有特别重要的意义，因为这些天体是唯一可以直接测试超强磁场中的物理现象的实验室。到目前为止，软伽马中继器（SGR）和异常X射线脉冲星（AXP）中X射线能量的光谱和定时测量一直是有关磁星及其磁层物理特性的主要信息来源。在~ 0.5-10 keV范围内的频谱拟合可以验证“扭曲磁层”模型，探测外部场的结构并估计磁层电流的密度和速度。然而，单独的光谱学可能无法消除磁层散射的两个关键参数（电荷速度和扭转角）的歧义，并且对源的几何形状非常不敏感。另一方面，X射线偏振测量可以通过增加两个额外的可观测量，即线偏振度和偏振角，来提供场的量子飞跃。使用明亮的AXP 1 RXS J170849.0-400910作为模板，我们表明，相位分辨偏振测量可以明确地确定模型参数，即使是一个小的X射线偏振任务进行现代光电探测器和现有的X射线光学。我们还表明，极化测量可以精确定位真空极化效应，从而提供了一个间接的证据，为超强磁场。
2013-11-29 astro-ph.HE
Explaining radio emission of magnetars via rotating and oscillating magnetospheres of neutron stars
我们研究了旋转和振荡磁星的无线电发射条件，主要的物理过程决定了它们在P- \dot{P}图中死亡线的位置，也就是区分中子星可能是无线电强或无线电静的区域的那些线。利用广义相对论的磁星磁层电磁标量位表达式，我们发现，当磁星的致密性参数较大，自转轴与磁矩的倾角较大时，磁星的死亡线远高于大多数已知磁星的死亡线。这与观测证据一致，即在普通磁星的典型频率范围内，磁星没有规则的无线电发射。相反，当考虑磁星的振荡时，死亡线向下移动，满足了在磁层中产生无线电发射的必要条件。目前的观测结果表明，磁星的爆发活动和磁星磁层中无线电发射的产生之间存在密切联系，这一点自然在我们的解释中得到了解释。
2011-09-26 astro-ph.HE gr-qc
Activated Magnetospheres of Magnetars
像日冕一样，磁星的外部磁场会因恒星表面的运动而扭曲。扭转能量随时间消散。我们讨论了这一活动的理论和它的观测状况。(1)理论预测，磁层会以一种特殊的方式展开：一束电流（“j束”）形成一个尖锐的边界，朝着磁偶极子轴收缩。最近观测到的磁星上的收缩热点与这种行为是一致的。(2)持续的放电使j束充满了电子-正电子等离子体，在中子星周围维持着一个非热日冕。在几个恒星半径之外的日冕强烈地与恒星辐射相互作用，并形成具有高e+多重性的“辐射锁定”外流。锁定等离子体在闭合磁场线的顶点附近湮灭。(3)新的辐射传输模拟提出了一个简单的机制，可以塑造观测到的0.1 keV到1 MeV的X射线谱：中子星发射的部分热X射线被外日冕反射，然后被j束中的内部相对论外流向上散射，产生一束硬X射线。
2010-08-25 astro-ph.HE
Pair Cascades in Magnetar Magnetospheres
本文通过蒙特卡罗模拟研究磁星磁层中由共振逆康普顿散射引发的级联对产生过程，发现对同步辐射和分裂光子谱主导观测谱并具有40%-80%的高偏振，可解释IXPE观测到的磁星高偏振信号。
2025-08-18 astro-ph.HE
An Anti-Glitch in a Magnetar
磁星是一种中子星，具有强烈的X射线和软$γ$射线爆发行为，被认为是由强烈的内部磁场提供动力。像传统的年轻中子星以射电望远镜的形式出现一样，磁星也会出现“毛刺”，在此期间，角动量被认为是在固态外壳和内部地壳的超流体成分之间转移的。最近，在射电恒星和磁星中观察到的几百个小故障都涉及到恒星的突然旋转，这可能是由于内部超流体旋转速度比地壳快。在这里，我们报告了磁星1 E 2259+586的X射线定时观测结果，我们发现它表现出明显的“抗毛刺”-突然自旋下降。我们发现，这一事件，像以前的一些磁星自旋故障，伴随着多个X射线辐射的变化和一个显着的自旋下降率的变化。这一事件，如果起源内部的恒星，是无法预测的模型中的中子星自旋下降，并暗示在中子星的差异旋转，进一步支持需要重新思考的毛刺理论的所有中子星。
2013-05-29 astro-ph.HE
Magnetic field evolution in magnetar crusts through three dimensional simulations
目前的磁星模型需要极强的磁场来解释观测到的静止和爆发发射，这意味着恒星外壳内的磁场强度比从自旋下降测量中推断的偶极子分量大几个数量级。这对原中子星产生磁场的理论提出了严峻的挑战。在这里，我们提出了详细的模拟演化的磁场在地壳的中子星通过3-D模拟。我们发现，在全球尺度的极向和环向磁分量之间的能量均分的合理情况下，磁不稳定性将能量转移到非轴对称的，非轴对称的磁特征，其中局部场强可以大大超过全球尺度的场。这些强烈的小尺度磁特征可以通过局部地壳屈服引起高能量爆发，而欧姆加热的局部增强可以为恒星的持续发射提供动力。因此，观测到的磁星行为的多样性可以用具有可比能量的混合极面-环形场来解释。
2016-04-05 astro-ph.HE astro-ph.SR
General-relativistic magnetar magnetospheres in 3D with physics-informed neural networks
本文利用物理信息神经网络构建三维广义相对论磁星磁层模型，发现局域热斑情形下自由能超出量仅约5%，表明仅靠偶极场难以解释磁星爆发能量学，需考虑多极分量。
2025-09-12 astro-ph.HE
Role of Landau-Rabi quantization of electron motion on the crust of magnetars within the nuclear energy density functional theory
在一些中子星的表面已经测量到了$10^{15}$ G级的磁场，而且在表面之下的固体区域预计会存在更强的磁场。本文研究了磁场对电子运动朗道-拉比量子化引起的状态方程和地壳成分的影响。在核能密度泛函理论中，外地壳和内地壳区域都以统一和一致的方式进行描述。
2019-04-10 astro-ph.HE nucl-th
Magnetospheric "anti-glitches" in magnetars
我们将Archibald等人（2013年）观测到的磁星1 E 2259+586的快速自旋下降（称为“反毛刺”）归因于X射线爆发期间磁层的部分开放，随后闭合场线区域的结构发生变化。要解释在X射线耀斑期间观测到的自旋下降，所需要的只是磁层中相对较小部分的瞬时开放，仅为一个周期，数量级仅为百分之几。更一般地说，我们认为，在磁星所有的时间不规则性有磁层起源，并引起（i）在当前的磁层结构的波动（类似于旋转动力驱动的马达中的长期扭矩变化）;或者，特别是磁星，通过（ii）在爆发和耀斑期间打开一部分磁层-后一种事件总是伴随着快速的自旋下降，一个“抗干扰”。中子星地壳在地壳磁场驱动下的缓慢旋转运动，在CME型事件中超过一定的扭曲极限，导致外部磁场的爆炸性不稳定性和大磁通量的瞬时打开，耀斑后磁层电流的增加伴随着X光光度和自旋下降率的增强，轮廓的变化以及光谱硬化，所有这些都与转矩波动的磁层模型一致。
2013-06-10 astro-ph.HE
Spin, inclination, and magnetic field evolution of magnetar population in vacuum and plasma-filled magnetospheres
该研究通过Monte Carlo模拟合成磁星族群，比较真空与等离子体磁层中的自转、倾角及磁场演化，解释短周期磁星的双峰分布并揭示其不同演化通道。
2024-06-18 astro-ph.HE
Landau quantization and neutron emissions by nuclei in the crust of a magnetar
磁星是一种中子星，其表面磁场的量级为$10^{14}-10^{15}$ ~G，内部的磁场可能更强。作为电子运动朗道量子化的结果，磁星地壳中的中子滴跃迁根据磁场强度而转移到更高或更低的密度。考虑到最近的一系列的奥塞尔-蒙特利尔微观核质量模型的核不确定性的影响进行了探讨。所有这些模型都是基于广义Skyrme泛函的Hartree-Fock-Bogoliubov方法。他们不同的预测在饱和时的对称性能量系数，并为刚度的中子物质状态方程。为了比较，我们也考虑了非常精确但更唯象的Duflo和Zuker模型。虽然磁星地壳的平衡组成和中子发射的开始被发现是依赖于模型的，阈值密度的量子振荡基本上是普遍的。
2016-07-20 astro-ph.HE nucl-th
Magnetar magnetothermal evolution with Landau-quantized electrons: enhanced Joule heating due to free electron diamagnetism and the magnetar heating problem
Columbia Astrophysics Laboratory, Columbia University（哥伦比亚大学天体物理实验室，哥伦比亚大学）
本研究通过模拟验证朗道量子化增强的焦耳加热，发现其虽能加速弱场磁星的能量耗散，但不足以解决强场磁星的加热问题。
2026-09-22 astro-ph.HE
