最近，国际著名学术刊物 The Astrophysical Journal 发表了云南天文台蒙盈、林隽等人的研究成果“An MHD Model for Magnetar Giant Flares”。这是将太阳爆发的标准模型－Lin-Forbes模型－应用于高能天体物理中、并成功解释磁中子星罕见耀发现象的又一个应用实例。
早在2009年，林隽研究员和上海天文台袁峰研究员就曾经合作将太阳物理研究领域内获得的一些思想、方法、和结果应用于黑洞－吸集盘间歇性喷流的磁流体动力学 (MHD) 模型研究，并首次获得成功，为将太阳爆发理论推广和应用到高能天体物理中开辟了先例。相关研究论文发表在国际重要学术刊物MNRAS上（Yuan，F., Lin J., et al. 2009，395，2183）
日冕物质抛射是太阳表面的一种爆发现象，它可以使磁通量绳和磁化等离子体快速地抛射到外层日冕。在这个过程中巨大的磁场能量迅速释放，并转化为其它形式的能量。在宇宙中其它天体与磁场有关的爆发活动也常常被观测到。例如，磁中子星的大耀发以及黑洞吸积盘系统产生的间歇性喷流等，这些都是磁化等离子体系统在短时间内释放大量的磁能并抛射物质的过程，而这些过程的具体细节还不完全被人们所认知。但是MHD过程的尺度定律可以帮助我们利用研究太阳爆发过程的物理本质的方法和相应理论、以及模型来对这些发生在宇宙深处的磁爆发活动进行深入研究。
|
 |
|
图1、太阳大气中一次典型的CME爆发事件。（原始图片从SDO website:
http://sdo.gsfc.nasa.gov/获取）。图中添加的线条是为了说明与抛射物垂直的平面上的内部磁场结构。 |
发生在磁中子星上的大耀发在短时标内释放出巨大的能量。驱动这些爆发的能量来源于贮存在磁中子星磁球层内的磁场能量，而触发和驱动机制则被认为是磁场结构的灾变不稳定性和磁重联（见图1）。参考太阳日冕物质抛射的理论和模型，蒙盈、林隽等人发展了磁中子星的大耀发的理论模型，并根据磁中子星的特点，考虑了相对论效应。他们以SGR 1806-20为例，计算了在一次大耀发过程中所释放出的磁自由能（即磁结构当中的总磁能与相应磁势场当中的能量之差）。计算结果表明，爆发前储存在磁中子星磁球层当中的磁自由能大于1047尔格，足以驱动一次大耀发。释放的磁自由能被转化为辐射能、磁通量绳的动能和引力势能。深入研究发现SGR 1806 - 20 、SGR 0526-66 和SGR 1900+14 这三次磁中子星大耀发过程的理论光变曲线与观测数据相符合，由此构造了磁中子星大耀发的一个MHD模型。根据该模型，作者还给出了磁中子星爆发过程中磁能和其他能量之间的转化关系，包括抛射物质的运动的动能以及辐射能，并进一步指出目前国际高能天体物理界用以解释磁中子星大耀发时产生强烈辐射的“火球”就是该模型的一个自然的产物。
该研究成果得到国家自然科学基金面上和重点项目以及科技部973项目的资助（批准号：11273055 和 11333007, 2013CBA01500 和 2011CB811403）。论文信息：Meng Y., Lin J., Zhang L., Reeves K. K., Zhang Q.S. and Yuan F.，“An MHD Model for Magnetar Giant Flares”, 2014, ApJ 785, 62.
相关新闻
