理論懇 2005。12
ガンマ線放射と
相対論的Windが
共存する
パルサー磁気圏の構造
柴田 晋平(山形大学理学部)
和田 智秀(山形大学理工学研究
科)
回転駆動型パルサー
セントラルエンジン:
強磁場(1012G)で高速自転(103 ~ 0.1Hz)する中性子星:
自転のエネルギーを開放している系
回転するマグネットが起こす高エネルギー現象
の純粋な実験場
発見以来~40年、
粒子加速のなぞがほぼ解けたかな(?)。
ガンマ線パルス
パルサー風
ガンマ線放射
(EGRET
>100MeV 点源)
Outer Gap での沿磁力線
電場E// 加速
強
度
1GeV
パルス位相(時間/周期)
Dyks & Rudak (2003)
ガンマ線エネルギー
Takata, Shibata, Hirotani 2004
パルサー風:
パルサー星雲を励起する
もの
Bulk motion のローレンツ
因子 γ~106
EME/KE=σ <<1?
Termination shock
組成:電子陽電子対(+
イオン成分?)
理論:
σ>>1, no collimation
Crab Nebula
シンクロトロン
放射
電子陽電子プラズマのなかでどうやって加速
電場を維持するか。Outer Gap の形成機構。
パルサー風の粒子はどこから供給され、
どのように加速されるか。
電磁誘導作用: 回転の誘導共回転
電荷分離:E⊥:E×B
極側
ドリフト:
ー
共回転
E⊥
ρGJ = Ω・B/ 2πc
Goldreich-Julian 密度
+
+
赤道側 もし、
Gap
n < n0=ΩB / 2πce
ギャップは強いE//を持ち、
電子陽電子対生成に対
プラズマ密度が十分無ければギャップを
して不安定
形成(非常に電荷分離が強い状態)
ー
密度n >>n0 = ΩB/2πce なら
光円柱 共回転が光円柱まで広
がって Vφ c、
RL=c/Ω
?2
2
γnmc ~ B /8π
γA~107 μ30/ M P2
M=n/n0
Vφ  c
放射の反作用によるドリ
フトが効く条件
γrad~107 (μ30/P)1/4
パルサー磁気圏の粒子シミュレーション
運動方程式:dpi/dt=qiE+qivi×B/c + frad,i
密度は大きくない: γA>γrad: 双極磁場
星の回転起電力を厳密に再現するため電場
はGreen関数法: Grape6で積分
E// が強い部分に電子陽電子対を注入し、定
常になるまで追跡
結果 (Wada and Shibata 2005)
Outer Gap が形成
E//が維持、ペア生成も維持
ガンマ線放射領域
光円柱
回転円盤(super-corotation)
回転の誘導により Vφ→c;
γ 増大; 放射の反作用; 流出
遠心力駆動の
outflow
放射反作用による
ドリフト: 循環電流
系の総電荷 Q~0
(若干負で電子を押し出し、定常を保っている).
まとめ
パルサー磁気圏は強い電荷分離のためギャップを形成し
(E//加速)、ギャップは電子陽電子対を生成する。
電子陽電子プラズマが豊富であればE⊥加速によって
outflow (パルサー風)を作る。
プラズマの生成(gap)と流出(wind)がつりあった状態で定常
磁気圏ができる。
Outflow の形成においては、
・対生成率が低いときは放射反作用ドリフトが重要であり、
・対生成が盛んなときは磁場が開いて遠心力が重要となる。
ガンマ線の中に Outer gap 以外の新しいソース;磁気中性面
近傍のものを示唆。
ポーラーキャップ加速の兆候が見られた。
開いた磁場の計算、斜め回転今後のプロジェクト
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ガンマ線放射と 相対論的Windが 共存する パルサー磁気圏の構造