基于磁层 3D 模拟的脉冲星倾角时间演化

孤立脉冲星的自转周期会因电磁力矩提取角动量而随时间增加。这些力矩也会改变磁轴与自转轴之间的倾角 $\alpha$。尽管实际的脉冲星磁层充满了等离子体，但 $\alpha$ 的时间演化主要在真空脉冲星磁层模型中进行研究。在本工作中，我们通过分析脉冲星磁层随时间变化的 3D 无力场和磁流体动力学模拟结果，首次自洽地考虑了等离子体效应。我们表明，如果中子星是球对称的并嵌有偶极磁矩，脉冲星的演化将使其自转减速光度最小化：真空和充满等离子体的脉冲星都演化至对齐构型（$\alpha=0$）。然而，它们趋近对齐的方式在性质上截然不同。真空脉冲星以指数速度快速对齐，即 $\alpha \propto \exp(-t/\tau)$，其中 $\tau \sim$ 自转减速时标。相比之下，我们发现充满等离子体的脉冲星对齐速度慢得多，满足 $\alpha \propto (t/\tau)^{-1/2}$。我们认为，充满等离子体的脉冲星倾角的缓慢时间演化可能解决若干观测谜题，包括周期约为 1 秒的普通脉冲星的起源、倾斜脉冲星在约 $10^7$ 年时标内趋于对齐的证据，以及相对于各向同性倾角分布观测到的显示双脉冲发射的脉冲星缺失现象。