Plasma modes in QED super-strong magnetic fields of magnetars and laser plasmas
Institute for Advanced Study, School for Natural Sciences, Princeton（普林斯顿高等研究院自然科学学院）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学天体物理科学系）；Department of Physics and Astronomy, University of Kansas（堪萨斯大学物理与天文系）；Laboratory for Nuclear Science, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院核科学实验室）
本文提出QED等离子体框架，研究强磁场下等离子体模式，揭示QED效应如何修改色散曲线及共振特性，为磁星和实验室实验提供理论支持。
2024-06-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
X-ray spectra and polarization from magnetar candidates
磁星被认为是目前宇宙中磁场最强的天体（$B\gtrsim10^{14}$ G），研究其在X射线波段的持续辐射为深入了解超强磁场存在下的物理过程提供了前所未有的机会。到目前为止，我们对磁星源的大部分了解都来自光谱分析，这使得我们可以测试共振康普顿散射的情况，并探测恒星磁层的结构。另一方面，从磁星表面发射的辐射预计将被强烈极化，其观察到的偏振图案承担的印记，这两个散射到磁层电荷和QED效应，因为它在周围的磁化真空中传播的恒星。计划在未来几年内发射的X射线偏振仪将最终允许利用存储在偏振观测中的丰富信息。在这里，我们重新评估磁星持续发射的光谱偏振特性的问题。与以前的调查不同，适当考虑更多的物理表面发射模型，考虑凝聚表面或磁化大气。结果被用来模拟偏振观测与即将到来的成像X射线偏振探测器（IXPE）。我们发现，X射线偏振测量将允许检测QED真空效应，我们认为所有的排放模型，并区分它们。
2020-01-21 astro-ph.HE
Finite-Field QED Corrections to Vacuum Birefringence and Magnetar Polarization Transport
The University of Western Ontario（韦仕敦大学）；Peaceful Society, Science and Innovation Foundation（和平社会科学与创新基金会）；The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
研究恒定磁场中低能光子传播，用单圈海森堡-欧拉理论保留γ_s，将双折射用于磁星极化输运。分析不同模型和位置的结果，指出重整化响应有最大值，确定真空共振可观测量对测试有限场QED最敏感。
2026-08-05 astro-ph.HE hep-ph
Modeling the broadband persistent emission of magnetars
在本文中，我们讨论了我们的第一次尝试，在一个自洽的，物理的情况下模拟宽带持续发射的磁星。我们提出了一个合成模型，我们计算了一个新的蒙特卡罗3-D辐射代码的预测。其基本思想是，软热光子（例如由恒星表面发射的）可以经历由扭曲磁层中的相对论电子群引起的共振回旋上散射。我们的代码是专门为工作在超磁化制度;极化和QED效应始终占，以及不同的配置磁层。我们讨论了在0.1-1000 keV范围内的预测光谱特性，偏振特性，我们提出的模型应用到一个样本的磁星软X射线光谱。
2010-08-09 astro-ph.HE
QED cross sections in strong magnetic fields
University of Helsinki（赫尔辛基大学）；University of Turku（图尔库大学）
本文研究强磁场中量子电动力学散射过程，采用新方法系统分析树级散射过程，为磁星等强磁场环境的等离子体动力学提供理论支持。
2026-03-26 astro-ph.HE hep-ph physics.plasm-ph
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
Strongly Magnetized Sources: QED and X-ray Polarization
量子电动力学的辐射修正使穿过磁场的真空成为双折射的。这意味着不同偏振的辐射以不同的速度传播。即使在天体物理源的强磁场中，速度的差异也很小;然而，它对强磁化源预期的极化程度有深远的影响。我们演示了如何产生的双折射的第一性原理，双折射如何影响辐射的偏振态，并提出了最近的计算预期从磁星和X射线的偏振。
2018-07-17 astro-ph.HE
Magnetar Hard Spectral Tails
在$\sim10$磁星中观测到10 keV ~ 150 keV的脉冲非热静态辐射。对于这种硬X射线信号的内磁层模型，来自中子星表面的软热光子的共振康普顿上散射是最有效的辐射过程。我们提出了非冷却单能相对论电子的角度依赖硬X射线上散射模型谱。光谱截止能量与观察者的视角和电子的洛伦兹因子密切相关。我们发现，能量小于15兆电子伏的电子将发出大部分低于250千电子伏的辐射，与观测到的磁星硬X射线尾的周转一致。此外，更高能量的电子仍然发射大部分低于约1 MeV的辐射，除了选择脉冲相位的准赤道发射区域。我们的光谱计算使用新的国家的最先进的，自旋相关的形式主义的QED康普顿散射截面在强磁场。
2017-10-27 astro-ph.HE
X-ray polarization from magnetar sources
本文总结IXPE对磁星的X射线偏振观测，证实其辐射高度偏振（约80%），支持超强磁场与扭曲磁层模型，并揭示表面凝聚态及真空双折射迹象。
2024-02-08 astro-ph.HE
Energy Loss of Newborn Magnetars by Schwinger Process
Institute for Basic Science（基础科学研究所）；Gwangju Institute of Science and Technology（光州科学技术院）；Kunsan National University（群山国立大学）；ICRANet（国际相对论天体物理中心网络）；Sapienza Università di Roma（罗马智慧大学）；INAF（意大利国家天体物理研究所）
研究新生磁星中通过Schwinger过程的电子-正电子对产生，发现Schwinger通道在早期阶段主导电荷供应，导致初始旋转能快速释放，影响引力波损失，并关联新生毫秒磁星与成熟磁星群体。
2026-09-03 astro-ph.HE
Bright gamma-ray flares powered by magnetic reconnection in QED-strength magnetic fields
中子星（特别是磁星）和其他天体的磁层中的强磁场可能会在剧烈的磁重联中释放能量。虽然重联已经被广泛研究，但中子星附近的极端场强引入了新的效应：同步加速器冷却和电子-正电子对的产生。使用大规模并行粒子模拟，自洽地将这些新的量子电动力学效应，我们研究相对论磁重联在强场制度。我们表明，在这种制度下的重联可以有效地将磁能转换为X射线和伽马射线辐射，从而为明亮的高能天体物理耀斑提供动力。快速的辐射冷却导致了致密等离子体团中强烈的等离子体和磁场压缩。在最极端的情况下，电场可以接近临界量子极限，导致大量的电子对产生。
2018-10-29 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
QED effects are negligible for neutron-star spin-down
旋转供电脉冲星的能量损失主要是以电磁辐射和粒子风的形式带走的。考虑到磁星的磁场强度范围从大约$10^8$到$10^{15}$ G，人们可以期望量子电动力学（QED）在它们的自旋下降中发挥作用，特别是对于强磁化的磁星（磁星）。事实上，一些作者认为，QED修正将主导缓慢旋转的恒星的自旋下降。他们称这种效应为量子真空摩擦（QVF）。然而，QVF最初是使用有问题的自转矩技术导出的，这导致了对这种自旋下降效应的戏剧性高估。在这里，而不是使用QVF，我们明确计算的能量损失从旋转中子星使用坡印廷矢量和粒子风模型，我们包括QED单圈校正。我们将多余的辐射表示为对中子星辐射磁矩的QED单圈修正。我们确实发现了一个小的组成部分的自旋下降的光度，起源于真空偏振。然而，对于所有物理上感兴趣的场强，它从来没有超过中子星中经典磁偶极辐射的百分之一。因此，我们发现QED的辐射修正在中子星自旋下降的能量学中是无关的。
2019-03-27 astro-ph.HE
Magnetar Fireballs and Short Bursts: Curved Spacetime Lensing, QED Effects, Spectra, Polarization, and Impulse Responses
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Center for Research and Exploration in Space Science and Technology, NASA/GSFC（NASA/GSFC空间科学与技术研究探索中心）；Rice University（莱斯大学）；Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩县分校）；University of Toulouse（图卢兹大学）
本文提出结合广义相对论光线弯曲、磁化光球中偏振传输、磁光分裂衰减和磁层真空双折射的新火球模型，以解释磁星短爆发的高能光谱、偏振特性及能量-时间脉冲响应，同时探讨其在磁星巨大耀斑脉动尾部中的应用。
2026-08-10 astro-ph.HE astro-ph.SR
Hard X-ray Quiescent Emission in Magnetars via Resonant Compton Upscattering
RXTE、INTEGRAL、Suzaku、NuSTAR和Fermi-GBM在大约10颗磁星中观测到了能量在10 keV到150 keV之间的非热静态X射线发射。对于这种硬X射线信号的内磁层模型，逆康普顿散射被认为是产生连续辐射的最有效的过程，因为散射截面在回旋频率处共振。本文给出了注入脉冲星磁层内区的单能相对论电子的硬X射线上散射谱。这些模型的光谱被集成在封闭的场线束，并获得不同的观察角度。光谱翻转能与观察者的视角和电子洛伦兹因子密切相关。我们发现，能量小于15兆电子伏的电子将发出大部分低于250千电子伏的辐射，与磁星硬X射线尾推断的周转率一致。较高能量的电子仍然会发出低于1 MeV的大部分辐射，除了选择脉冲相位的准赤道发射区域。我们的光谱计算使用了一种新的国家的最先进的，自旋相关的形式主义的QED康普顿散射截面在强磁场。
2017-10-24 astro-ph.HE
Evolution of superhigh magnetic fields of magnetars
本文研究了朗道能级对磁星超强磁场衰减的影响。应用${}^3P_2$各向异性中子超流理论，得到了超强磁场$B$的二阶微分方程及其演化时标$t$ .对于普通磁星，超高磁场可能在$\sim (10^{6}-10^{7})$年的时间尺度上演化。根据我们的模型，磁星的活动可能源于高电子费米能引起的不稳定性。
2013-12-10 astro-ph.HE
Nonlinear Electromagnetic Waves in Magnetosphere of a Magnetar
计算了电磁波在磁星磁层中的传播。磁层被建模为QED真空和冷的，强磁化的等离子体。背景场和电磁波被非微扰地处理，并且可以是任意强的。这种技术对于研究传播波中的非线性效应特别有用。波通过这样的介质通常会形成冲击;另一方面，我们关注的是可能存在的波，没有演变的旅行。因此，为了研究非线性效应，我们做了一个行波分析，并数值研究了所得的波动方程。我们发现了一类解决方案，在一个均匀的等离子体，稳定对形成冲击，激发非正交分量表现出很强的非线性行为。这些波可能是近磁星和磁星能量传输过程的重要组成部分。
2010-11-10 astro-ph.HE hep-ph
Superflares from magnetars revealing the GRB central engine
长持续时间的伽马射线暴（GRB）可能是由毫秒磁星的旋转能量提供动力的。我认为GRB驱动磁星位于磁星磁场强度分布的高端。GRB磁星的磁场在数百年的时间尺度上衰减，并且可以为类似SGR的耀斑提供能量，其强度比2004年的SGR 1806- 20事件高出约100倍。每年有几次这样的耀斑可能已经被{ \it BATSE}观测到，并被归类为短持续时间的伽玛暴。其中一个超级耀斑与附近的d_L \simless 250 Mpc星系的关联，以及在太空中同时发现的100年前的伽马射线暴余辉（在射电中观测到的），将是伽马射线暴磁星模型的特征信号。
2010-08-16 astro-ph.HE
Hydrogen-poor Superluminous Supernovae with Bumpy Light Curves Powered by Precessing Magnetars
本研究将磁星进动效应纳入磁星供能模型，成功再现了6个具有峰后隆起的氢贫超亮超新星的多波段光变曲线，为峰后隆起起源和新生磁星早期进动提供了证据。
2025-04-22 astro-ph.HE
Exploring the Future of Soft X-ray Polarimetry: the Capabilities of the REDSoX Instrument for XDINS and Magnetar Studies
本文探讨了基于REDSoX设计的长寿命轨道任务在研究X射线暗弱孤立中子星和磁星热辐射方面的能力，发现其能以高显著性探测质子回旋共振吸收特征和QED模式转换效应。
2025-05-28 astro-ph.HE
Strong Field QED, Astrophysics, and Laboratory Astrophysics
本文探讨了磁星等致密天体中的强场QED效应，并指出超强激光和高能粒子可在实验室中模拟这些极端天体物理现象，为基础物理研究开辟新途径。
2025-03-12 astro-ph.HE hep-ph
Central compact objects, superslow X-ray pulsars, gamma-ray bursts: do they have anything to do with magnetars?
磁星和许多与磁星有关的天体被一起总结和讨论。分析表明，在“磁星”的使用中存在着语言的滥用。异常X射线源和软伽马射线中继源是众所周知的磁星候选者。目前所谓的反磁星（用于中心致密物体）、吸积磁星（用于高质量X射线双星中的超慢X射线脉冲星）和毫秒磁星（用于某些伽马射线暴的中心发动机），它们可能不是真正的磁星目前的理解。它们的观测行为不是由磁能引起的。它们中的许多只是具有强表面偶极场的中子星。中子星加上强偶极场就不是磁星。某些伽马射线暴中心引擎的中子星的特征参数不同于银河系中的中子星。讨论了吸积系统中可能的磁活动特征，包括重复爆发和硬X射线尾。中国未来的硬X射线调制望远镜可能有助于发现吸积中子星系统中的一些磁活动。
2014-06-25 astro-ph.HE
Effects of Fall-Back Accretion on Proto-Magnetar Outflows in Gamma-Ray Bursts and Superluminous Supernovae
快速旋转的强磁化原中子星（“毫秒原磁星”）是长持续时间伽马射线暴（GRB）、超亮超新星（SLSNe）和双中子星合并的候选中心引擎。磁星的诞生可能伴随着恒星碎片的回落，在爆炸后持续数秒或更长时间。吸积通过以下方式改变磁星的演化：（1）提供额外的旋转能量来源（2）通过压缩磁层和扩大开放磁场线的极冠区，增强了偶极速率以上的自旋下降光度;（3）提供额外的吸积动力中微子光度，即使在磁星内部中微子光度下降后，也能维持风的重子负载。吸积磁星的喷流功率和磁化强度的复杂演化更容易解释高的56 Ni产额GRB SNe和一些GRB光变曲线的不规则时间演化（例如~在主要发射事件之前，伴随有前兆的爆发，随后是长的静止间隔）。额外的重子加载从吸积动力中微子照射的磁星极帽延长的时间框架内，射流磁化是在必要的范围sigma ~<1 e3的有效的伽马射线发射，从而容纳伽玛射线暴与超长的持续时间。虽然吸积并没有显著提高最大能量预算的限制<~几个1 e52尔格的孤立磁星，它大大扩大了磁场强度的范围和出生旋转周期能够驱动伽玛暴喷流，减少磁星之间的差异属性通常调用来解释伽玛暴与SLSNe。
2018-02-21 astro-ph.HE
Plasma Physics of Extreme Astrophysical Environments
某些类别的天体，即磁星和超新星和伽马射线暴的中心引擎，具有宇宙中其他地方没有遇到过的极端物理条件。特别是，它们拥有超过44太高斯临界量子场的磁场。要弄清楚这些复杂的超磁化系统如何工作，需要了解各种等离子体过程，包括小尺度动力学和大尺度磁流体动力学（MHD）。然而，超强磁场改变了基础物理，以至于许多相关的等离子体物理问题需要建立基于QED的相对论量子等离子体物理。在这篇综述中，在描述了感兴趣的极端天体物理系统，并确定了关键的相关等离子体物理问题，我们调查的最新进展，在这样一个理论的发展。我们讨论了超临界场如何改变真空和物质的性质，并概述了描述非相对论和相对论量子等离子体的基本理论框架。然后，我们转向天体物理学的应用相对论QED等离子体物理相关的磁星磁层和中央引擎的超新星和长GRB。具体来说，我们讨论了光通过磁星磁层的传播;大规模的磁流体动力学过程驱动磁星活动和伽玛射线暴喷气发射和传播;能量传输过程中的极端等离子体环境的热力学;微尺度动力学等离子体过程中的重要的相互作用，强烈的磁层电流与磁星的表面;和磁重联的超强磁场。最后，我们指出，未来的进展将需要发展的数值模拟能力。
2014-01-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The early evolution of magnetar rotation -- II. Rapidly rotating magnetars: Implications for Gamma-Ray Bursts and Super Luminous Supernovae
本研究通过2D磁流体动力学模拟和解析估计，证明自转周期极短且强磁场的磁星可在冷却早期释放足够能量驱动伽马射线暴，而中等磁场磁星则可能在数天至数周内通过磁偶极辐射增亮超亮超新星光变曲线。
2023-10-21 astro-ph.HE
Fitting XMM-Newton Observations of the AXP 1RXS J170849.0-400910 with four magnetar surface emission models, and predictions for X-ray polarization observations with IXPE
相位分辨光谱和分光偏振X射线观测磁星给我们提供了机会来测试这些物体的X射线发射源模型，并限制中子星表面和大气的性质。我们提出了一个新的X射线拟合模型的磁星，占四个不同的发射模型，包括黑体发射模型，磁化大气模型，固定离子和自由离子表面发射模型。我们使用新的模型相解决适合档案XMM牛顿观测磁星1 RXS J170849.0-400910。我们发现，固定离子凝聚表面模型给出的相位分辨XMM牛顿光谱的最佳描述，其次是黑体和自由离子凝聚表面模型。磁化大气模型对数据的描述很差，似乎在很大程度上被排除在外。我们使用新的拟合模型来评估1 RXS J170849.0-400910的未来分光偏振观测的科学潜力，该分光偏振观测计划于2021年12月发射的成像X射线偏振探测器（IXPE）。我们的模拟表明，对1 RXS J170849.0-400910等源的IXPE观测将使我们能够清楚地区分高偏振（黑体，磁化大气）和低偏振（凝聚表面）模型。如果更高的偏振黑体或磁化大气模型适用，IXPE可以很容易地证明QED效应的基础上，200千秒的观测研究在这里。在较低偏振的凝聚表面模型的情况下，需要更长的IXPE观测时间才能进行清晰的探测。
2021-11-16 astro-ph.HE
The effects of a magnetar engine on the gamma-ray burst-associated supernovae: Application to double-peaked SN 2006aj
由于毫秒磁星引擎对伽玛暴余辉的影响，人们普遍认为在伽马射线暴中存在毫秒磁星引擎。在本文中，我们研究磁星引擎的超新星（SN）的发射，这是与长伽玛暴的影响，具体来说，面对模型与观测数据的SN 2006 aj/GRB 060218。SN 2006 aj具有显著的双峰紫外光（UV-opt）光变曲线。通过拟合这些光变曲线，我们表明，第一个峰值可以很好地解释由磁星风驱动的冲击爆发发射，而主要的超新星发射也部分由磁星的能量注入。磁星的磁场强度被约束为$\sim 10^{15}$ G，这与从长伽玛暴余辉发射推断的一般结果是一致的。更详细地说，它进一步建议，在超新星的后期发射的紫外线过量也可能是由于泄漏的脉冲星风星云（PWN）的非热发射，如果可以满足一些特殊的条件。该模型与SN 2006 aj观测结果的一致性表明，磁星引擎可能在GRB现象中无处不在，甚至进一步加强了它们与超亮超新星现象的联系。
2022-04-23 astro-ph.HE
A unified accreting magnetar model for long-duration gamma-ray bursts and some stripped-envelope supernovae
长期的伽马射线暴（LGRB）和I型超亮超新星（SLSNe~I）都被认为是由中心磁星提供能量的。的相关性，提出了初始自旋周期（$P_0$）和表面磁场（$B$）的磁星供电的X射线平台在LGRB余辉之间，表明磁星已经达到了平衡自旋周期由于回落吸积的可能性。相应的吸积速率被推断为$\dot{M}\approx10^{-4}-10^{-1}$ M $_\odot$ s $^{-1}$，这一结果对各向同性磁星风和平行磁星风都成立。对于SLSNe~I和一部分发动机驱动的正常Ic型超新星（SNe~Ic）和宽线亚类（SNe~Ic-BL），磁星也可以达到吸积诱导的自旋平衡，但相应的$B-P_0$分布表明吸积速率范围不同，即，$\dot{M}\approx 10^{-7}-10^{-3}$ M $_\odot$ s $^{-1}$。考虑回退吸积效应，磁场相对较弱的磁星导致SLSNe~I，而磁场较强的磁星导致SNe~Ic/Ic-BL。在我们的样本中，一些SLSNe~I可能来自紧凑的祖星，而另一些需要较长时间吸积的可能来自具有更多扩展包层或星周介质的祖星。
2020-10-20 astro-ph.HE
Superluminous Supernovae Powered by Magnetars: Late-time Light Curves and Hard Emission Leakage
最近，两个研究小组的研究表明，完全能量捕获的磁星自旋向下能量注入模型可以解释SN 2010 gx，SN 2013 dg，LSQ 12 dlf，SSS 120810和CSS 121015的早期光变曲线，但不能拟合这些超亮超新星（SLSNe）的晚期光变曲线。这些结果意味着，原来的磁星供电模型在解释这些SLSNe的挑战。我们的论文旨在通过考虑硬排放的泄漏来同时解释早期和晚期数据/上限。我们将漏电流效应定量地纳入到原来的磁驱动模型中，并推导出一个新的半解析方程。将修正后的磁星动力模型再现的光变曲线与这5个SLSNe的观测数据和/或上限值进行比较，发现半解析方程再现的晚时光变曲线与SN 2010 gx、CSS 121015、SN 2013 dg和LSQ 12 dlf的晚时观测数据和/或上限值以及SSS 120810的晚时过剩值吻合较好，这表明磁星供电模型可能是造成这些SLSNe的原因，并且当硬光子被下康普顿化为较软光子时，伽马射线和X射线泄漏是不可避免的。为了确定泄漏效应的细节并揭示SLSNe的本质，需要更多高质量的SLSNe的辐射热光变曲线和光谱。
2014-11-19 astro-ph.HE
An accreting low magnetic field magnetar for the ultraluminous X-ray source in M82
最近在M82中发现了一个超亮X射线源（命名为NuSTAR J 095551 +6940.8），它是一颗吸积中的中子星。它有一个超级爱丁顿光度和旋转。对于一个老化的磁星，它更可能是一个低磁场磁星。一个吸积的低磁场磁星可以解释这个源的超爱丁顿光度和旋转行为。考虑到聚束的影响，使用传统的附加扭矩形式可以理解加速速率。讨论了M82 X-2的瞬态性质和光谱特性。给出了吸积磁星的理论周期范围。总结了吸积磁星的三种观测现象。
2015-02-10 astro-ph.HE
Rotational evolution of magnetars in the presence of a fallback disk
磁星可能有很强的表面偶极场。在观测上，两个磁星可能有被动的后备磁盘。在后备磁盘的存在下，磁星的旋转演化可能会改变。在自相似回退盘模型中，发现：（1）当回退盘质量显著小于$10^{-6} \,\rm M_{\odot}$时，磁星不受回退盘的影响，为正常磁星。(2)当盘的质量很大，但磁星的表面偶极场大约或低于$10^{14} \,\rm G$，磁星也将是一个正常的磁星。一个磁星加上一个被动后备磁盘系统是预期的。这可能对应于磁星4U 0142 $+$ 61和磁星1E 2259 $+$ 586的观测结果。(3)当盘质量较大，磁星表面偶极场高达$4\times 10^{15} \,\rm G$时，磁星将从喷射相演化到推进相，然后进入旋转平衡。磁星在推进阶段会很快减速。最后的旋转周期可以高达$2\times 10^4 \,\rm s$。这可能对应于超新星遗迹RCW 103中的超慢磁星。因此，可以统一理解这三种磁星。
2016-11-08 astro-ph.HE
Gravitational radiation from magnetically funnelled supernova fallback onto a magnetar
被超新星回落旋转到毫秒旋转周期的原磁星，在可能坍缩形成黑洞之前，预计会通过流体动力学不稳定性辐射引力波约10^2秒。结果表明，吸积流的磁漏斗（i）创建一个磁约束的极山，这提高了引力波信号，和（ii）“埋葬”的磁偶极矩，延迟螺旋桨阶段，并协助黑洞的形成。
2014-09-04 astro-ph.HE
Magnetic field decay of magnetars in supernova remnants
本文对我们以前的研究进行了修正，导出了一个新的电子在超强磁场中的能量密度表达式。基于我们的改进模型，我们重新计算了磁星的电子俘获率和磁场演化时标$t$。计算结果表明，普通磁星的超强磁场可以在时间尺度$\sim (10^{6}-10^{7})$ yrs上演化，磁场衰减的最大时间尺度$t\approx 2.9507 \times 10^{6}$ yrs对应于初始内部磁场$B_{\rm 0}= 3.0 \times 10^ {15}$ G和初始内部温度$T_{\rm 0}= 2.6 \times 10^ {8}$ K。受Zhang $\&$ Xie（2011）的中子星-超新星遗迹（SNR）成协结果的启发，我们计算了当$T_{\rm 0}= 2.6 \times 10^ {8}$ K时磁星祖星的最大$B_{\rm 0}$，$B_{\rm max}\sim (2.0\times 10^{14}-2.93 \times 10^{15})$ G.当$T_{\rm 0}\sim 2.75 \times 10^ {8}-~1.75 \times 10^ {8}$ K时，最大$B_{\rm 0}$也将在$\sim 10^{14}-10^{15}$ G的范围内，不超过我们的磁星模型下磁星磁场的上限。我们还调查了磁星的自旋下降年龄和它们的SNRs年龄之间的关系，并解释了为什么所有与SNRs相关的AXP看起…
2013-12-10 astro-ph.HE
A hyper flare of a weeks-old magnetar born from a binary-neutron-star merger
磁星是一群孤立的中子星，具有$\sim 10^{14}-10^{15}$ G的超强磁场，已被越来越多地接受来解释各种天体物理瞬变。一颗初生的毫秒周期磁星可以释放其自旋下降的能量，并为明亮的光源提供动力，如伽马射线暴（GRB）及其随后的X射线平台，超级发光超新星（SLSNe）和快速X射线瞬变，如CDF-S XT-2。在银河系内观测到年龄为$10^3-10^4$年的磁星，它们被发现以巨大耀斑和重复的软$γ$射线或硬X射线爆发以及偶尔的快速射电暴（FRB）的形式为各种瞬变提供能量。磁星巨耀斑也被探测到是来自附近星系的伪装的短伽马射线暴。在这里，我们报告的识别伽玛射线暴作为超耀斑的磁星在附近的星系。超耀斑的亮度大约是典型的磁星巨星耀斑的一千倍。在衰减光变曲线中检测到显著的$\sim 80$毫秒周期。将这一时期解释为旋转周期，并考虑到年轻磁星典型的磁场强度，磁星的年龄被限制为只有几周。在事件发生前几周，既没有探测到（超亮）超新星，也没有探测到伽马射线暴，这进一步限制了磁星可能是由两颗中子星的离轴合并事件产生的。我们的发现弥合了假设的毫秒磁星和观测到的银河系磁星之间的差距，并指向一个更广泛的磁星供电的伽马射线瞬变通道。
2022-05-16 astro-ph.HE
X-ray Polarisation in Magnetar Atmospheres -- Effects of Mode Conversion
本文通过构建磁星大气模型，研究真空共振处模式转换对X射线偏振的影响，揭示主导偏振模式切换和偏振度变化的规律，并评估IXPE及未来软X射线偏振仪对QED特征的观测能力。
2024-01-15 astro-ph.HE
Gravitational wave radiation from magnetar-driven supernovae
本文研究了引力波和磁偶极辐射主导自旋减能下磁星驱动超新星的光变曲线，通过马尔可夫链蒙特卡罗方法限制参数，发现 SNe Ic-BL 2007ru 和 2009bb 的热光度曲线可能指示引力波辐射，未来探测到相关连续引力波将成为磁星引擎驱动超新星的铁证。
2024-04-28 astro-ph.HE
Magnetars as Astrophysical Laboratories of Extreme Quantum Electrodynamics: The Case for a Compton Telescope
下一代康普顿望远镜和望远镜对将MeV波段的探测灵敏度提高了十多年，超过了目前的仪器能力，将为各种天体物理源类别开辟新的见解。其中包括磁星，这是中子星动物园中磁性最强的一颗，它将成为一项测量MeV窗口的新任务的主要科学目标。本文概述了核心问题有关的磁星，可以解决这样的技术。这些范围从全球磁星的几何形状和人口趋势，到硬X射线发射场所的深刻探测，到为QED的奇异预测提供光谱和偏振测试的宇宙实验室，主要是光子分裂和磁对产生的预测。这样的基本物理学在地球上的实验中还无法发现。国家的最先进的建模的持续性硬X射线尾发射磁星概述了强大的诊断使用康普顿旋光仪的情况。该案例突出了在天文学和物理学之间的界面上播种发现的跨学科机会。
2019-03-13 astro-ph.HE hep-ph
Multimessenger Implications of AT2018cow: High-Energy Cosmic Ray and Neutrino Emissions from Magnetar-Powered Super-Luminous Transients
新生的快速旋转磁星被认为是超亮瞬变的动力源，包括“快速发光光学瞬变”（FBOTs）。AT2018cow是第一个实时发现的FBOT，其广泛的多波长分析与磁星情景一致，并为理解这些来源的性质和评估其更广泛的影响提供了前所未有的机会。以AT2018cow为原型，我们研究了FBOTs和更一般的超亮超新星（SLSNe）的高能中微子和宇宙射线产生。通过计算宇宙射线与随时间演化的辐射场和重子背景的相互作用，我们发现在磁星风中加速的粒子可能以1000万的能量（UHE）逃逸出喷出物。来自AT 2018cow的预测高能中微子通量低于IceCube天文台的灵敏度，而来自FBOTs的宇宙积分中微子通量的估计与IceCube提出的极高能量上限一致。超过GeV能量的高能$γ$射线在最初的几个月到几年里会被磁星星云中的热光子所掩盖，但在以后的时间里可能会被观测到。考虑到与其他发动机驱动的瞬变（例如SLSNe和伽马射线暴）相比，FBOT可能具有更高的体积速率，我们得出结论，FBOT是当前和下一代多信使天文台的有利目标。
2019-06-14 astro-ph.HE
Vacuum birefringence and the polarized X-ray emission from a radio magnetar
George Washington University（乔治华盛顿大学）；Rice University（莱斯大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；University of Maryland Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩县分校）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；Louisiana State University（路易斯安那州立大学）；South African Radio Astronomy Observatory（南非射电天文观测台）
通过X射线偏振观测发现磁星磁层中量子真空双折射的证据，为验证QED预测提供了重要进展。
2026-08-19 astro-ph.HE hep-ex quant-ph
Origin of Strong Magnetic Fields of Magnetars
由于中子星内部存在3P2中子超流，因此可以将其看作是一个磁偶极子系统。在背景磁场的存在下，磁偶极子倾向于沿同一方向排列。当温度低于10**7K时，磁星的强磁场可能来源于各向异性中子超流体中3P2中子库珀对的感应磁矩。这给出了磁星强磁场的一个方便的解释。
2016-12-10 astro-ph.HE
Two Magnetar Candidates in HESS Supernova Remnants
我们确定了两个候选磁星在档案X射线观测HESS检测壳型信噪比。CTB 37 B中与HESS J1713-381重合的X射线点源和G353.6-0.7中与HESS J1731-347重合的X射线点源都具有类似AXP的光谱，比普通的旋转动力源的光谱软得多，并且没有光学/IR对应物。CTB 37 B中CXCRJ 171405.7 -381031的光谱具有高于6 keV的硬过量，这可能与在一些AXP中看到的此类组分相似。一个新的钱德拉观察这个对象揭示了一个非常重要的脉冲信号在P = 3.82秒与脉冲分数f_p = 0.31。对第二个候选天体（G353.6-0.7中的XMMU J173203.3-344518）的XMM-Newton观测结果的分析，只产生了1 s周期的边缘证据。如果它不是磁星，那么它可能是一个弱磁化的中心致密天体（CCO）。考虑到这些HESS源以前归因于SNR壳可能是中央峰值，我们假设，他们的ESTA可能有助于扩散TeV的排放。这些鉴定可能使银河系中磁星/SNR协会的数量增加一倍，并可用于调查产生磁星的超新星的能量学和不对称性。
2009-12-25 astro-ph.HE
Evolution of fallback discs around millisecond magnetars: effect of supercritical accretion on GRB afterglows
本研究探讨毫秒磁星周围回落盘的演化，发现超临界吸积下辐射压导致盘内区球化并自调控吸积率，使回落盘数天内无法与磁层作用，质疑现有回落盘模型对GRB X射线余辉的解释。
2023-08-26 astro-ph.HE
FRBs and magnetar activity statistics
本文通过简单统计模型论证超级重复暴与一次性快速射电暴可来自同一磁星群体，其中超级重复暴阶段持续数年，一次性事件间隔约10年，与巨耀斑预期间隔一致。
2023-08-06 astro-ph.HE
Ultraluminous X-ray pulsar: accreting magnetar?
磁星是一种特殊的中子星。也可能有吸积磁星。从对孤立磁星的研究中可以看出，仅具有强偶极场的中子星不是磁星。超慢X射线星可能只是吸积高磁场中子星。超亮X射线脉冲星NuSTAR J095551+6940.8可能是一颗吸积磁星。它可能是一个吸积的低磁场磁星，多极场为10^14 G，偶极场为10^12 G。这一观点与孤立磁星的研究是一致的。双星演化过程中的超亮X射线脉冲星阶段可能会产生大质量的毫秒脉冲星。
2015-08-13 astro-ph.HE
Magnetar-Powered Supernovae in Two Dimensions. II. Broad-Line Supernovae Ic
具有毫秒周期和超过$10^{16}$高斯磁场的新生中子星可以驱动高能量和不对称的爆炸，称为磁星动力超新星。这些奇异的爆炸是对超新星Ic-BL的一种理论解释，Ic-BL有时与长伽马射线暴有关。扭曲磁场提取中子星的旋转能量，并以盘风或喷流的形式释放，其能量大于10 $^{52}$ erg/$\sim 20$ sec。中央发动机的能量中有多少部分进入了风和喷气式飞机仍然不清楚。我们已经进行了二维流体动力学模拟磁星驱动的超新星（SNe）驱动的磁盘风和喷流与CASTRO代码的核合成产量，混合和光变曲线的中央引擎的影响进行了调查。我们发现，这些爆炸合成小于0.05 Msun的镍，这个质量是不是很敏感的中央引擎类型。爆炸的形态可以提供一个强大的诊断中央引擎的属性。在没有拱星介质的情况下，这些事件不是很明亮，由于镍产量低，峰值辐射热星等$M_b \sim -16.5 $。
2017-06-21 astro-ph.HE
The Physics of Magnetars II - The Electron Fermi Energy of and the Origin of High X-ray Luminosity of Magnetars
本文详细讨论了中子星中强磁化、完全简并的相对论电子气的朗道能级量子化。特别地，我们着重研究了磁星超强磁场中相对论电子气的磁场与费米能量的关系。指出统计物理教科书中关于强磁化电子气微观态数密度的某些结果是不正确的。在过去的五十年里，这些结果的重复使用可能严重影响了中子星和磁星的物理学。朗道能级的量子化用狄拉克（δ）函数精确地描述。相对简单的计算表明，在具有超强磁场（B > Bcr，这里Bcr是朗道临界磁场）的磁星中，相对论性电子气的费米能随磁场强度的增加而增加，其值为B**（1/4）.在这个简单但重要的新结果的基础上，我们自然地提出了一种从磁星产生高X射线亮度的新机制。
2016-12-10 astro-ph.HE
A self-consistent analytical magnetar model: The luminosity of $γ$-ray burst supernovae is powered by radioactivity
我们提出了一个分析模型，认为能源所产生的磁星中央引擎。将该模型拟合到五个长持续时间$γ$射线爆发（LGRB）和两个超长GRB（ULGRB）的光学和X射线光变曲线（LC），包括其相关的超新星（SNe）的结果表明，磁星中心发动机的发射不能单独负责为LGRB-SN提供动力。虽然我们的模型可以很好地描述早期的AG为主的阶段，预测的SN光度是欠亮的$3-17$的一个因素。我们将此作为令人信服的证据，证明必须存在额外的热源才能为LGRB-SN提供动力，我们认为这必须是放射性加热。我们的自洽建模方法能够成功地描述ULGRB 111209 A/ SN 2011 kl的所有阶段，从早期的余辉到后来的SN，在那里我们确定磁星中央发动机的磁场强度为$1.1-1.3\times10^{15}$ G，初始自旋周期为$11.5-13.0$ ms，自旋下降时间为$4.8-6.5$ d，初始能量为$1.2-1.6\times10^{50}$ erg。这些值与其他作者确定的值完全一致。磁星驱动的SN的亮度与中央引擎的活动时间直接相关，其中持续时间较长的中央引擎会产生更亮的SN。超亮超新星（SLSNe）的自旋下降时间尺度为数月至数年，这为SN 2011 kl为什么比同样由磁星中央引擎提供动力的SLSNe亮度低提供了一个自然的解释。
2016-01-11 astro-ph.HE
Landau level-superfluid modified factor and effective X/$γ$-ray coefficient of a magnetar
当费米面附近的电子能量高于$Q$时，即$β-$反衰变的阈值能量，电子俘获过程将占主导地位。产生的高能中子将破坏各向异性的${}^3P_2$中子超流库珀对。通过与过程$n+ (n\uparrow n\downarrow)\longrightarrow n+ n+ n$中产生的中子碰撞，出射中子的动能将转化为热能。转换后的热能通过传导从恒星内部传输到恒星表面，然后转化为软X射线和伽马射线等辐射能。经过脉冲星磁层内的高效调制后，表面热发射（主要是软X/ $γ$射线发射）已被整形为具有磁星观测特征的光谱。通过引入朗道能级超流修正因子和有效X/ $γ$射线系数这两个重要参数，数值模拟了磁星冷却和磁场衰减的过程，进而计算了磁星的软X/ $γ$射线亮度$L_{X}$。进一步，我们得到了$L_{X}$作为磁场强度$B$的函数的相图.将观测值与计算值进行了比较。
2013-12-10 astro-ph.HE
Eigenmodes in an ultra-relativistic ultra-magnetized pair QED-plasma
University of Kansas（堪萨斯大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究超强磁场和相对论温度对超相对论电子-正电子等离子体（电荷中性及非中性）中正常等离子体模式的联合修正，发现等离子体频率截止降低导致相对论和场致透明，以及电磁波折射率的温度无关修正。
2026-06-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetars in Ultra-Long Gamma-Ray Bursts
与超长伽马射线暴（ULGRB）111209 A相关的超新星2011 kl表现出高于正常的峰值亮度，将其置于常规超新星和超亮超新星之间的参数空间中。它的光变曲线只能与异常高的$^{56}$ Ni部分相匹配，这与观测到的光谱不一致，因此有人认为超新星以及扩展的伽马射线暴是由一颗高度磁化的毫秒脉冲星（称为磁星）的自旋下降提供动力的。我们调查的宽带观测ULGRB 111209A，并找到两个独立的措施，建议高密度环暴环境。然而，伽玛射线暴余辉的光变曲线显示，在触发后三周内，没有喷流中断的证据（由于外部介质的阻力，喷流减速时预期的急剧下降），这意味着一个广泛的喷流。结合爆发的高各向同性能量，这意味着只有自旋周期为1 ms或更快的磁星才能提供足够的能量来驱动ULGRB 111209A和超新星2011kl。
2017-03-07 astro-ph.HE
Magnetar-powered long gamma-ray bursts and connection to superluminous supernovae and fast radio bursts
Qufu Normal University（曲阜师范大学）；Dezhou University（德州学院）；Nanjing University（南京大学）
本文通过Swift卫星观测构建了169个展现磁星plateau特征的长持续伽马射线暴样本，推导了plateau亮度和break时间，并发现磁星参数与超亮超新星和快速射电暴的关联。
2026-05-14 astro-ph.HE
Origin of magnetar-scale crustal field in PSR J1852+0040 and "frozen" magnetars
讨论了Kes 79超新星遗迹中的一颗中子星PSR J1852+0040--中心致密天体（CCO）中强地壳磁场的起源。考虑到其相对较长的现代自旋周期，我们得出结论，该领域不能通过发电机机制产生。如果这颗中子星确实是一颗磁星，其磁场在一次强回落事件中被淹没，那么它就反对磁星中的发电机场起源。除此之外，Kes 79不是正常磁星的近亲。发现一颗具有毫秒周期和强地壳场的反磁星，例如，由于大脉冲分数，将是发电机场起源的证据。这种源的存在与目前中子星统一的标准图象是一致的。然而，具有淹没场的磁星的比例可能很小--占CCO总数的百分之几。
2013-07-11 astro-ph.HE
A magnetar-powered jet-wind outflow in gamma-ray burst-associated supernovae: Application to the thermal components of GRB 060218-SN 2006aj
Guangxi University（广西大学）
本研究提出磁星驱动的喷流-风双成分模型，成功解释GRB 060218-SN 2006aj的软X射线黑体辐射与双峰紫外/光学光变曲线，揭示同一中心引擎通过不同能量注入通道产生多波段热辐射。
2026-09-24 astro-ph.HE
Wind braking of magnetars
考虑到最近的观测挑战传统的磁星模型，我们探讨磁星的风制动。有证据表明，在活跃的磁星中存在着强大的多极磁场，但从自旋下降测量中推断出的偶极场可能会受到粒子风的强烈影响。最近磁星观测的挑战性可以用风致制动方案自然地解释：（1）磁星的超新星能量是正常值，（2）磁星的费米观测中没有探测到，（3）低磁场软γ射线中继站带来的问题，（4）磁星和高磁场中继星之间的关系，（5）磁星和磁星之间的关系。（5）磁星爆发期间周期导数减小。瞬变磁星可能仍然是磁偶极制动。这可以解释为什么低光度的磁星更有可能有无线电发射。在风制动情况下，磁星是具有强多极场的中子星。对于某些源，可能不再需要强偶极场。磁动力脉冲星风星云和制动指数小于3是风制动模型的两个预测。
2013-03-18 astro-ph.HE
