致密天体等离子体中线性波的传播特性

陈双琴,祝俊

(山西大学 物理电子工程学院,山西 太原 030006)

0 引言

白矮星内部由极端高密度产生的电子简并压力来抵抗重力崩溃,通常情况下其内部电子数密度高达1030cm-3量级,而中子星内部电子数密度更高[1]。极高的电子数密度和较低的温度使得致密等离子体中电子热的德布罗意波长变得与等离子体系统的特征尺度相当甚至更大,量子隧穿效应(Bohm势)突显[2-5]。与此同时,极高的电子数密度使得电子的费米速度接近光速,呈相对论性。由相对论简并电子和非相对论离子所构成的等离子体称为相对论简并等离子体,相对论简并等离子体存在的真实物理环境之一就是以白矮星、中子星为代表的致密天体。

等离子体中的波是其中带电粒子与自洽电磁场耦合在一起的各种集体运动模式。在经典等离子体中,热压力、静电力和磁力起着准弹性恢复力的作用,使得等离子体中存在各种模式的静电波、电磁波以及它们的混杂波;而致密天体等离子体中除了经典力外,还存在着由极高电子数密度诱导的Bohm势，Fermi简并压力以及相对论效应,使得致密天体等离子体中的波动模式更加丰富而复杂。近年来,国内外同行围绕着线性波在非相对论量子等离子体中的传播开展了大量的研究工作:基于流体动力学模型,Haas教授研究了离子声波的色散关系[6];Ali和Shukla教授研究了无惯性电子、运动离子和静止带电尘埃粒子组成的尘埃等离子体中低频压缩电……