CC BY
30
Том 153, кн. 2
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Физико-математические пауки
2011
Сулейманов В.Ф. Моделирование атмосфер нейтронных звезд: от барстеров до маг-питаров // Учен. зап. Казан, ун-та. Сер. Физ.-матем. пауки. 2011. Т. 153, кп. 2. С. 43 60.
УДК 524.3-6^524.354.6
МОДЕЛИРОВАНИЕ АТМОСФЕР НЕЙТРОННЫХ ЗВЕЗД: ОТ БАРСТЕРОВ ДО МАГНИТАРОВ
В. Ф. Сулейманов
Аннотация
В статье дап краткий обзор исследований в области моделирования атмосфер нейтронных звезд, выполненных с участием автора. Представленные работы направлены как па выяснение природы излучающих поверхностей нейтронных звезд, так и па определение их масс и радиусов. Рассчитана подробная сетка моделей атмосфер вспыхивающих в рентгене нейтронных звезд барстеров. Предложен новый метод одновременного определения масс и радиусов нейтронных звезд, который базируется па рассчитанных теоретических спектрах моделей атмосфер. Путем моделирования атмосфер магнитных нейтронных звезд (Б ~ 1010-1011 Гс) показано, что гармонически расположенные абсорбционные особенности в рентгеновском спектре нейтронной звезды 1Е 1207.4 5209 в остатке вспышки сверхповой PKS 1209 51/52 могут быть связаны с квантовыми пиками в коэффициенте свободно-свободного поглощения плазмы в магнитном поле. Исследована природа излучающей поверхности сильно замагниченной (Б ~ 1013 —1014 Гс) изолированной нейтронной звезды RBS 1223. Показано, что топкая водородная атмосфера над конденсированной железной поверхностью наилучшим образом объясняет наблюдаемую долю пульсирующего излучения, а также полуширину и эквивалентную ширину абсорбционной лилии в наблюдаемом рентгеновском спектре данной нейтронной звезды.
Ключевые слова: нейтронные звезды, модели атмосфер звезд, магпитары, перепое излучения, рентгеновское излучение.
Summary
V.F. Suleimanov. Neutron Star Atmospheres: Prom Bursters to Magnet.ars.
A brief review of the studies of neutron star atmosphere models performed with the author's participation is presented. These studies are devoted to determination of the nature of emitting surfaces of neutron stars as well as their masses and radii. An extended grid of model atmospheres of the X-ray bursting neutron stars is computed: a new method for determination of neutron star masses and radii, which is based on the calculated model spectra, is suggested. By modeling the atmospheres of magnetic neutron stars (B ~ 1010-1011 G), it is shown that the harmonically spaced absorption features in the X-ray spectrum of the neutron star IE 1207.4 5209 in the supernova remnant PKS 1209 51/52 may be associated with the quantum peaks in the free-free absorption of plasma in a magnetic field. The nature of the radiating surface of the strongly magnetized (B ~ 1013-1014 G) isolated neutron star RBS 1223 is investigated. It is shown that a thin hydrogen atmosphere above the condensed iron surface explains well the observed pulsed fraction as well as the width and the equivalent width of the absorption line in the observed X-ray spectrum of the neutron star.
Key words: neutron stars, stellar model atmospheres, magnetars, radiation transfer, X-
Литература
1. Woosley S.E., Heger A., Weaver T.A. The evolution and explosion of massive stars // Rev. Mod. Phys. 2002. V. 74, No 4. P. 1015 1071.
2. Mereyhetti S. The strongest cosmic magnets: soft, gamma-ray repeaters and anomalous X-ray pulsars // Ast.ron. Ast.ropliys. Rev. 2008. V. 15, No 4. P. 225 287.
3. Thompson C., Dunean R.C. The soft gamma repeaters as very strongly magnetized neutron stars I. Radiative mechanism for outbursts // Мои. Not. R. Ast.ron. Soc. 1995. V. 275, No 2. P. 255 300.
4. Haberl F. The magnificent, seven: magnetic fields and surface temperature distributions // Astrophys. Space Sci. 2007. V. 308, No 1 4. P. 181 190.
5. Lattimer J.M., Prakash M. Neutron star observations: Prognosis for equation of state constraints // Phys. Rep. 2007. V. 442, No 1 6. P. 109 165.
6. Поте.хии А.Ю. Физика нейтронных звезд // Усп. физ. паук. 2010. Т. 180, Л' 12. С. 1279 1304.
7. Иваненко Д.Д., КурдгелалЛт Д.Ф. Гипотеза кварковых звезд // Астрофизика. 1965. Т. 1, Л» 6, С. 479 480.
8. Lai D. Matter in strong magnetic fields // Rev. Modern Phys. 2001. V. 73, No 3. P. 629 662.
9. London R.A., Taam R.E., Howard W.M. Model atmospheres for X-ray bursting neutron stars // Astrophys. J. 1986. V. 306. P. 170 182.
10. Romani R. Model atmospheres for cooling neutron stars // Astrophys. J. 1987. V. 313. P. 718 726.
11. Shibanov Iu.A., Zavlin V.E., Pavlov G.G., Ventura J. Model atmospheres and radiation of magnetic neutron stars. I The fully ionized case // Ast.ron. Astrophys. 1992. V. 266, No 1. P. 313 320.
12. Zavlin V.E., Pavlov G.G., Shibanov Yu.A. Model neutron star atmospheres with low magnetic fields. I. Atmospheres in radiative equilibrium // Ast.ron. Astrophys. 1996. V. 315. P. 141 152.
13. Ho W.C.G., Lai D. Atmospheres and spectra of strongly magnetized neutron stars // Mon. Not.. R. Ast.ron. Soc. 2001. V. 327, No 4. P. 1081 1096.
14. Ho W.C.G., Lai D. Atmospheres and spectra of strongly magnetized neutron stars II. The effect, of vacuum polarization // Мои. Not.. R. Ast.ron. Soc. 2003. V. 338, No 1. P. 233 252.
15. Madej J., Joss P.C., Rozanska A. Model Atmospheres and X-Ray Spectra of Bursting Neutron Stars: Hydrogen-Helium Compt.onized Spectra // Ast.ropliys. J. 2004. V. 602, No 2. P. 904 912.
16. van Adelsberg M., Lai D. Atmosphere models of magnetized neutron stars: QED effects, radiation spectra and polarization signals // Mon. Not.. R. Ast.ron. Soc. 2006. V. 373, No 4. P. 1495 1522.
17. Suleimanov V., Werner K. Importance of Compt.on scattering for radiation spectra of isolated neutron stars with weak magnetic fields // Ast.ron. Ast.ropliys. 2007. V. 466, No 2. P. 661 666.
18. Lewin W.H.G., van Paradijs J., Taam R.E. X-ray bursts // Space Sci. Rev. 1993. V. 62, No 3 4. P. 223 389.
19. Strohmayer Т., Bildsten L. New views of thermonuclear bursts // Cambridge Ast.ropliys. Ser. No 39: Compact, stellar X-ray sources / Ed. by W. Lewin, M. van der Klis. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2006. P. 113 156.
20. Galloway D.K., Muno M.P., Hartman J.M., Psaltis D., Chakrabarty D. Thermonuclear (Type I) X-Ray Bursts Observed by the Rossi X-Ray Timing Explorer // Ast.rophys. J. Suppl. Series. 2008. V. 179, No 2. P. 360 422.
21. Suleimanov V., Poutanen J., Werner К. X-ray bursting neutron star atmosphere models: spectra and color corrections//Ast.ron. Ast.rophys. 2011. V. 527, No 12. P. A139-1 A139-12.
22. Suleimanov V., Poutanen J. Spectra of the spreading layers on the neutron star surface and constraints on the neutron star equation of state // Мои. Not. R. Ast.ron. Soc. 2006. V. 369, No 4. P. 2036 2048.
23. Molkov S.V., Grebenev S.A., Lutovinov A.A. An X-ray burst, with strong phot.ospheric radius expansion observed from the source 4U1724 307 in Terzan 2 // Ast.ron. Astrophys. 2000. V. 357, No 3. P. L41 L44.
24. Zavlin V.E., Pavlov G.G., Trümper J. The neutron star in the supernova remnant. PKS 1209-52 // As! roii. Ast.rophys. 1998. V. 331. P. 821 828.
25. Sanwal D., Pavlov G.G., Zavlin V.E., Teter M.A. Discovery of Absorption Features in the X-Ray Spectrum of an Isolated Neutron Star // Ast.rophys. J. 2002. V. 574, No 1. P. L61 L64.
26. Bignami G.F., Caraveo P.A., De Luea A., Mereyhetti S. The magnetic field of an isolated neutron star from X-ray cyclotron absorption lines // Nature. 2003. V. 423, No 6941. P. 725 727.
27. Gotthelf E. V'., Halpern J.P. Precise Timing of t.lie X-ray Pulsar IE 1207.4-5209: A Steady Neutron Star Weakly Magnetized at. Birth // Ast.rophys. J. 2007. V. 664, No 1. P. L35 L38.
28. Ггишбург В.JI. Распространение электромагнитных воли в плазме. М.: Наука, 1967. 685 с.
29. Ventura J. Scattering of light, in a strongly magnetized plasma // Pliys. Rev. D. 1979. V. 19, No 6 P. 1684 1695.
30. Kaminker A.D., Pavlov G.G., Shibanov Iu.A. Radiation for a strongly-magnetized plasma: The case of predominant, scattering // Ast.rophys. Space Sei. 1982. V. 86, No 2. P. 249 297.
31. Kaminker A.D., Pavlov G.G., Shibanov Iu.A. Spectra of radiation from a strongly magnetized plasma // Ast.rophys. Space Sei. 1983. V. 91, No 1. P. 167 214.
32. Павлов P.P., Панов A.H. Поглощение и излучение фотонов при кулоповских столкновениях в магнитном поле // Журп. эксперим. и теор. физ. 1976. Т. 71, Л' 2. С. 572 583.
33. Павлов P.P., Шибалюв Ю.А. Тепловое излучение оптически толстой плазмы, содержащей сильное мапштпое поле // Астрой, журп. 1978. Т. 55. С. 373 389.
34. Suleimanov V., Potekhin, A.Y., Werner К. Models of magnetized neutron star atmospheres: thin atmospheres and partially ionized hydrogen atmospheres with vacuum polarization // Ast.ron. Ast.rophys. 2009. V. 500, No 2. P. 891 899.
35. Suleimanov V., Pavlov G.G., Werner K. Quantum Nature of Cyclotron Harmonics in Thermal Spectra of Neutron Stars // Ast.rophys. J. 2010. V. 714, No 1. P. 630 635.
36. Sehwope A.D., Hambaryan V., Haberl F., Match C. The pulsed X-ray light, curves of the isolated neutron star RBS1223 // Ast.ron. Ast.rophys. 2005. V. 441, No 2. P. 597 604.
37. Haberl F., Sehwope A.D., Hambaryan V., Hasinger G., Match C. A broad absorption feature in the X-ray spectrum of the isolated neutron star RBS1223 (1RXS J130848.6^212708) // Ast.ron. Ast.rophys. 2003. V. 403. P. L19 L23.
38. Kaplan D.L., van Kerkurijk M.H. A Coherent Timing Solution for the Nearby Isolated Neutron Star RX J1308.6-2127/RBS 1223 // Astrophys. J. 2005. V. 635, No 1. P. L65 L68.
39. van Adelsberg M., Lai D., Potekhin A.Y., Arras P. Radiation from Condensed Surface of Magnetic Neutron Stars // Astrophys. J. 2005. V. 628, No 2. P. 902 913.
40. Suleimanov V., Hambaryan V., Potekhin A.Y., van Atlelsberg M., Neuhauser R., Werner K. Radiative properties of highly magnetized isolated neutron star surfaces and approximate treatment of absorption features in their spectra // Ast.ron. Ast.ropliys. 2010. V. 522. P. All l-l Alll-15.
41. Potekhin A.Y., Lai D., Chabrier G., Ho W.C.G. Electromagnetic Polarization in Partially Ionized Plasmas with Strong Magnetic Fields and Neutron Star Atmosphere Models // Astrophys. J. 2004. V. 612, No 2. P. 1034 1043.
42. Grejinstein G., Hartke G.J. Pulselike character of blackbody radiation from neutron stars // Astrophys. J. 1983. V. 271. P. 283 293.
43. Perez-Azorin J.F., Miralles J.A., Pons J.A. Anisotropic thermal emission from magnetized neutron stars // Ast.ron. Ast.ropliys. 2006. V. 451, No 3. P. 1009 1024.
44. Poutanen J., Gierlinski M. On the nature of the X-ray emission from the accreting millisecond pulsar SAX J1808.4-3658 // Мои. Not.. R. Ast.ron. Soc. 2003. V. 343, No 4. P. 1301 1311.
Поступила в редакцию 21.02.11
Сулейманов Валерий Фиалович доктор физико-математических паук, ведущий научный сотрудник кафедры астрономии и космической геодезии Казанского (Приволжского) федерального университета, научный сотрудник Института астрономии и астрофизики Университета г. Тюбингена, Германия.
Е-шаП: suleimtm.oveastro.uni-tuebingen.de
