パルサーのポーラーキャップモデル

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
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)
パルサーからの電波
と
ポーラーキャップモデル
Mean profile
Simon & Weisberg 2006, MNRAS, 368, 1856
Dead zone
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。
この節のまとめ
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
真空ギャップを仮定するモデル；
表面でE//≠０
（Ruderman and Sutherland model)
Unipolar Inductor
Equipotentials (Q=0)
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
中性子星
高電位
ρ＝div E / 4 π
ρgj ～1012 cm-3
プラズマ供給問題
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
Ruderman and Sutherland 1975
真空ギャップ
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＝ＮＥ
Flux = (NE)^2 c/4π
電波放射
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
制限電荷流モデル； E//＝０
Space-Charge-Limitted flow
Scharlemann, Arons & Fawley 1978
Scharlemann et. al. 1978
Arons & 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。
Ｂ
E+v×B/c = 0 が近似的に成立す
ると仮定
e－
e－
e－
磁場に平行な流れは決まらない。
e－
e－
完全導体球が
剛体回転
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
Ｂ
dx/dt = v
m(dv/dt) = -kx - mg
e－
e－
e－
e－
e－
qn – ρ ｇｊ= j/v － ρ ｇｊ= 0
vc= j/ρ
v<c なら振動、
v>c なら単調増加
Pair creation
Pair creation
j>jc
E//加速
Toward curvature
Shibata 1997, MNRAS, 287, 262
E//加速
Away curvature
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)
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？
新しい考え！
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。
Polar Cap にギャップができた
Polar Gap ができた
埋め込まれた
アルゴリズム
上、必然的に
できる！
E//
でも、本当のパルサーでも、星に
e－
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！
e－
e－
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
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

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