成熟脉冲星的伽马射线能谱特性：一个双层模型

我们使用一个简单的双层外间隙模型，其加速器由一个主区域和一个屏蔽区域组成，来讨论由Fermi探测到的成熟脉冲星的$\gamma$射线能谱。通过在这两个区域中采用假设的简单阶跃函数电荷密度分布来求解泊松方程，可以计算加速粒子的电场分布和曲率辐射过程。在我们的模型中，相位平均能谱的特性可以完全由三个间隙参数确定，即外磁层中的分数间隙大小、主区域中的间隙电流以及主区域与总间隙大小的间隙尺寸比。我们讨论了这些参数如何影响能谱特性。我们认为，尽管外间隙中的辐射机制是曲率辐射过程，但观测到的伽马射线能谱可能显著偏离简单的曲率能谱，因为整体能谱由两个成分组成，即主区域和屏蔽区域。在一些脉冲星中，来自屏蔽区域的辐射非常强，以至于从100MeV到几个GeV的光子指数可以平坦到$\sim 2$。我们展示了典型脉冲星的拟合分数间隙厚度随自旋年龄增加而增加。我们发现总间隙电流约为Goldreich-Julian值的50%，屏蔽区域的厚度约为总间隙厚度的百分之几。我们还发现，对于自旋功率$L_{sd}\ga 10^{36}$ erg/s的脉冲星，预测的$\gamma$射线光度对自旋功率的依赖性较小，而对于$L_{sd}\la 10^{36}$ erg/s的脉冲星，$\gamma$射线光度随自旋功率的减小而减小。