Veileder: Erlend Østgaard, e-mail: Erlend.Oestgaard@phys.ntnu.no

Vi ønsker å studere materie, dvs. elektron-gass, i supersterke magnetfelt.

Hvite dverger består hovedsakelig av ionisert helium, dvs. helium-kjerner pluss frie elektroner (elektron-gass). I hvite dverger finner vi også magnetfelt i størrelsesorden 10⁶- 10⁷ gauss, og vi får da helt spesielle effekter (løsninger) for elektron-bevegelsen i magnetfeltet.

I nøytronstjerner finner vi kanskje magnetfelt i størrelsesorden 10¹² – 10¹³ gauss (eller mer). Når "vanlige" atomer i den ytre "skorpen" til en nøytronstjerne er plassert i slike felt, får vi "rare" og interessante effekter for elektron-bevegelsen: Atomer blir "avlange" og "sylinderformete" og kan koples sammen til lange kjeder, vi får helt forskjellig ledningsevne i forskjellige retninger i forhold til magnetfelt-retningen, osv. Dette vil også ha betydning for utstrålingsmekanismen for nøytronstjerner (pulsarer).

Vi er da interessert i å beregne termodynamiske egenskaper for en elektron-gass i slike magnetfelt, dvs. indre energi, trykk, kompressibilitet, magnetisering (susceptibilitet), og tilstandsligning for systemet. Hovedproblemet rent matematisk vil bli å beregne store summer som samtidig skal tilpasses en øvre summasjonsgrense. For visse parameterverdier kommer kvanteeffekter tydelig fram.

Vi ønsker å undersøke om "ferromagnetisme" (parallell spinn-innretning) kan være en mulig forklaring på de enorme magnetfeltene som sannsynligvis finnes i nøytronstjerner. Utsendelse av radiobølger fra pulsarer utelukker sannsynligvis nøytronstjerner som ikke er magnetiske, og man antar at enorme flukstettheter tilsvarende 10¹² – 10¹³ gauss eller mer ligger bak den anisotrope utstrålingen som observeres.

Når "vanlige" atomer i de ytre lag av nøytronstjerner plasseres i så sterke magnetfelt får vi interessante effekter; atomer blir "avlange" og "sylinderformete" og kan koples sammen til lange kjeder, slik at vi får helt forskjellig ledningsevne i forskjellige retninger i forhold til magnetfelt-retningen, osv. Dette vil også ha betydning for utstrålingsmekanismen i pulsarer.

Vanlig kjerne-materie ("nuclear matter") er ikke "ferromagnetisk", men permanent magnetisering eller ferromagnetisme kan kanskje forventes i ren nøytron-materie ("neutron matter") i nøytronstjerner, hvor den sterke frastøtningen i to-partikkel-kjernepotensialet blir mer framtredende ved større tettheter. For et system av fermioner skulle parallelle spinn redusere den potensielle energien, da Pauli (eksklusjons)-prinsippet hindrer partiklene i å nærme seg hverandre. Men til gjengjeld øker den kinetiske energien. Denne effekten er liten ved små tettheter, men kan kanskje gi ensretting av spinn med overgang til ferromagnetisme ved store tettheter. Den tiltrekkende delen av to-partikkel-potensialet vil gi en sterk tiltrekning i singlett-tilstanden like utenfor den frastøtende potensial-kjernen. Det motvirker tendensen til ferromagnetisme, men her er "triplet-odd"-tiltrekningen mye svakere enn "singlet-even"-tiltrekningen. Netto-resultatet blir at en ferromagnetisk ustabilitet (fase-overgang) kanskje ikke kan forventes før ved tettheter som er mye større enn for vanlig "nuclear matter".

Vi ønsker å studere forskjellige strukturer og topologiske former for kjerne-materie i det ytterste laget i nøytronstjerner.

I overgangsområdet mellom "krystall-struktur" og "væske-struktur" i nøytronstjerner kan det sannsynligvis eksistere flere former for materie med stor tetthet, dvs. i tillegg til "kuler" eller "bobler" av en fase i forhold til en annen, kan det også være energetisk fordelaktig med "spaghetti" eller "lasagna"-struktur med sylindrisk eller planar geometri i visse områder. Dette kan skyldes f.eks. Coulomb-krefter og magnetfelt i tillegg til kjernekrefter og gravitasjonskrefter, og vi kan også kanskje få f.eks. sylindriske "hull" i tillegg til sfæriske "bobler".

For å undersøke dette, må vi f.eks. beregne Coulomb-energien for forskjellige strukturer, og finne eventuelle fase-overganger mellom forskjellige topologiske former for materien, som f.eks. "kuler", "stenger", "rør", "bobler", osv. Strukturen vil da hovedsakelig bestemmes av kort-rekkende sterke vekselvirkninger (kjernekrefter) i forhold til svakere langt-rekkende Coulomb-krefter. Dette vil da også påvirke tilstandsligningen i systemet, og kan ha betydning i f.eks. en gravitasjonskollaps av en massiv stjerne som fører til en supernova-eksplosjon, og dermed også for dannelsen av tyngre grunnstoffer i Universet.

Vi ønsker å studere masse-overføring med påfølgende røntgen-stråling i dobbeltstjerner som inkluderer en nøytronstjerne.

Varierende (pulserende) røntgenkilder i Universet kan være magnetiske nøytronstjerner som mottar masse-overføring eller "accretion" fra en optisk synlig "vanlig" stjerne i et felles binær-system (dobbeltstjerne). En viktig faktor som styrer denne prosessen er da det supersterke magnetfeltet som en nøytronstjerne sannsynligvis omgir seg med. Dette feltet styrer sannsynligvis materiestrømmen ned på nøytronstjernens overflate (ved magnet-polene), og bestemmer dermed puls-form og spektrum for den utsendte strålingen.

Materie som starter bevegelsen langt unna nøytronstjernen vil sannsynligvis falle innover i en spiral mot nøytronstjernens overflate (styrt av magnetfeltet og ifølge Keplers lover), og danner en skive (ring) eller "accretion disk" rundt nøytronstjernen. Forskjellige fysiske prosesser og strålingsmekanismer vil da bidra til utstråling fra den innfallende materien. Man kan også tenke seg en mer sfærisk (kule-symmetrisk) materiestrøm inn mot nøytronstjernen, men det virker mindre sannsynlig, selv om materiestrømmen til slutt styres inn mot magnet-polene.

Vi ønsker å studere en "ild-kule"-modell som forklaring på observerte kortvarige utbrudd av gamma-stråling fra kilder i Universet. Et slikt gamma-utbrudd etterfølges tilsynelatende av en optisk "etterglød" av elektromagnetisk stråling med mindre frekvens enn gamma-strålingen fra selve utbruddet.

Idag tror vi at et gamma-utbrudd og ettergløden etter utbruddet stammer fra ulike deler av samme prosess. Det antatte hendelsesforløpet starter med at et ukjent objekt med relativt liten utstrekning frigjør enorme energimengder i en ukjent eksplosiv hendelse. Store deler av energien omformes til kinetisk energi for et baryonisk skall av materie som slynges ut (sammen med nøytrinoer og gravitasjonsstråling). Materien vil akselereres til ultra-relativistiske hastigheter av trykket i eksplosjonen. Etter akselerasjonsfasen vil materien ekspandere en stund før den bremses ned av den omkringliggende interstellare materien.

Lorentz-faktoren til det relativistisk ekspanderende materie-skallet er svært stor, kanskje av størrelsesorden 100 - 1000 eller høyere etter den første akselerasjonen. Det ekspanderende materie-skallet bremses etterhvert ved "oppsamling" av interstellar materie, og det dannes kraftige sjokk-bølger i den interstellare materien foran den ekspanderende materien. Sjokk-bølgene "tapper" materie-skallet for energi, og det produseres kraftig synkrotronstråling som observeres som sterkt blåforskjøvet elektromagnetisk stråling. Relativistisk Doppler-effekt med den store Lorentz-faktoren gjør at vi observerer en kortvarig gamma-stråling, dvs. et gamma-utbrudd. Etter selve gamma-utbruddet fortsetter ekspansjonen, og sjokk-bølgene fortsetter å produsere elektromagnetisk stråling med stadig lavere frekvens slik at vi får den observerte ettergløden . Først sendes det ut gamma- og røntgen-stråling, deretter stråling i det optisk synlige området, og til slutt stråling i radio-området.

Veileder: Petr Hadrava, e-mail: Hadrava@albert.mnfak.unit.no

Line profiles of components of many spectroscopic binaries are so heavily blended that the interpretation of the observed spectra requires the use of special mathematical techniques to identify the contributions of individual components. These techniques, like the spectral disentangling or the Doppler tomography, can be combined and generalized to yield a more detailed information about the structure of the studied stellar systems. The experience from application of the methods to real observational data gives rise to new requirements on their further development.

The goal of the proposed subject for a diploma thesis is to contribute to the development of spectral disentangling either in its theoretical and numerical part, or by applying it to observational data. Here can be used either the data already secured at Ondrejov Observatory near Prague in the Czech Republic (or elsewhere), or there can be obtained original data during a summer stay at Ondrejov Observatory. Literature: Hadrava P. 1997, Astron. Astrophys. Suppl. Ser.122, 581-584.