パルサーの ポーラーキャップモデル
DESCRIPTION
パルサーの ポーラーキャップモデル. 柴田 晋平 山形大学・理学部. もくじ. (はじめに) パルサーからの電波とポーラーキャップモデル (モデル発展の歴史 I ) 真空ギャップを仮定するモデル;表面で E // ≠ 0 ( Ruderman and Sutherland model) (モデル発展の歴史 II ) 制限電荷流モデル; E // =0 (新しい展開の始まり ) Global モデルからの帰結 放射の反作用がある制限電荷流モデル (New). パルサーからの電波 と ポーラーキャップモデル. Mean profile. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/1.jpg)
パルサーのポーラーキャップモデル
柴田 晋平山形大学・理学部
![Page 2: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/2.jpg)
もくじ1. (はじめに)パルサーからの電波とポー
ラーキャップモデル2. (モデル発展の歴史 I )真空ギャップを仮
定するモデル;表面で E//≠ 0 ( Ruderman and Sutherland model)
3. (モデル発展の歴史 II )制限電荷流モデル; E// =0
4. (新しい展開の始まり ) Global モデルからの帰結
5. 放射の反作用がある制限電荷流モデル (New)
![Page 3: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/3.jpg)
パルサーからの電波と
ポーラーキャップモデル
![Page 4: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/4.jpg)
![Page 5: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/5.jpg)
![Page 6: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/6.jpg)
Mean profile
![Page 7: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/7.jpg)
![Page 8: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/8.jpg)
Simon & Weisberg 2006, MNRAS, 368, 1856
![Page 9: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/9.jpg)
R_L=c/Ω
sin2θ/r = const. = sin2θe/re =1/R_L
θ ~ 2.6°P-1/2 ここで、 Re = 10 R* とした。
Dead zone
![Page 10: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/10.jpg)
![Page 11: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/11.jpg)
現象論的な観点で、
電波ビームは Polar Cap に起因するように見える。
Polar Cap の磁束のどこかで粒子加速が起きて、その粒子が電波放射に寄与しているようだ。
Polar Cap models
この節のまとめ
![Page 12: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/12.jpg)
真空ギャップを仮定するモデル;
表面で E//≠ 0 ( Ruderman and Sutherland model)
![Page 13: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/13.jpg)
中性子星
Unipolar InductorEquipotentials (Q=0)
高電位
Magnetic filed lines
誘導電場:真空の場合。
星の外がプラズマでみたされるとすると;
E// =0
プラズマは共回転
ρ = div E / 4 π ρgj ~ 1012 cm-3
プラズマ供給問題
![Page 14: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/14.jpg)
Ruderman and Sutherland 1975
角速度 Ω と磁気モーメント μ が反並行:正電荷のポーラーキャップ
イオンの仕事関数> kT 真空ギャップ
![Page 15: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/15.jpg)
加速粒子ビーム
ガンマ線+強磁場 電子陽電子対
電子陽電子対プラズマ中を走る電子ビーム
バンチング(ビームプラズマ不安定)
E+E+E+...+E=N E
Flux = (NE)^2 c/4π
電波放射
![Page 16: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/16.jpg)
Jackson (1976) で、FFSはポテンシャルの底で粒子の集まる場所とされた。
少し遅い回転角速度
![Page 17: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/17.jpg)
制限電荷流モデル; E// =0
![Page 18: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/18.jpg)
Space-Charge-Limitted flowScharlemann, Arons & Fawley 1978Scharlemann et. al. 1978Arons & Scharlemann 1979
For electronic flow: E//=0 on the stellar surface
後にイオンも同じでよいことが分かる。
以降発展
Field-line curvature
Pair creation
GR effect
Critical current density problem
今の問題に関係した部分のみ復習しよう。
![Page 19: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/19.jpg)
B
完全導体球が剛体回転
E+v×B/c = 0 が近似的に成立すると仮定
e -
e -
e -
e -
e -
磁場に平行な流れは決まらない。
![Page 20: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/20.jpg)
B
e -
e -
e -
e -
e -
運動方程式の磁力線に沿った成分を取り出す。
沿磁力線電場を決める式
![Page 21: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/21.jpg)
B
e -
e -
e -
e -
e -
dx/dt = v
m(dv/dt) = -kx - mg
qn – ρ = j/v - ρ = 0
vc= j/ρ
gj gj
v<c なら振動、v>c なら単調増加
![Page 22: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/22.jpg)
Pair creationPair creation
Shibata 1997, MNRAS, 287, 262
Toward curvature Away curvature
j>jcE// 加速 E// 加速
![Page 23: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/23.jpg)
Global モデルからの帰結
放射の反作用がある制限電荷流モデル (New)
![Page 24: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/24.jpg)
Pulsar global modeling ができるようになった Wada & Shibata, 2007, MNRAS 376, 1460
Wada & Shibata, 2008, submitted to MNRAS--- in preparation
Outer gap はできた
Polar cap accelerator は?
Outer gap でできた電子陽電子のうち,電子が星に戻る、その反作用で電子が出てくる。
新しい考え!
![Page 25: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/25.jpg)
Polar Cap にギャップができた
![Page 26: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/26.jpg)
Polar Gap ができた
e - e -e -
E//
埋め込まれたアルゴリズム上、必然的にできる!
でも、本当のパルサーでも、星に戻ってきた電子を何かの方法(電場しかない)で排出しないといけない!
![Page 27: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/27.jpg)
E// =0 だけれども薄い電荷層があり電位差をつくる=?シミュレーションの電位差結城M論
![Page 28: パルサーの ポーラーキャップモデル](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081516/56813dcb550346895da792ff/html5/thumbnails/28.jpg)
まとめ• 電波放射の原因となる粒子加速領域は現象論的な
観点から Polar Crap にあると考えられている。• Polar Cap 加速領域の形成理論はまだ確立してい
ない。• Polar Cap を流れる電流は単に磁気圏全体の整合
性から従来は仮定されてきた。 Free parameter.• Golbal simulation の成功により、 outer gap の存
在が証明され、 outer gap の電子陽電子対生成に誘起される電流として Polar Cap 電流を考えることができるようになった。
• Polar Cap 加速の機構については慣性と放射の反作用の効果として理解できるかもしれない。結城君