Magnetpol-Emission von Pulsaren

Erstens ist Shapiro und Teukolsky Gospel – es wird niemals veraltet sein.

Zu Ihrer Frage: Fragen Sie, warum die Emission nicht aus dem gesamten Magnetfeldbereich kommt? Dh warum kommt die Emission nicht überall entlang der Feldlinien, die die Pole verbinden?

Die wichtigste Antwort ist, dass es Strahlung von den Partikeln gibt , die entlang der geschlossenen Feldlinien eingefangen sind – es ist einfach nicht dort, wo die stärkste Emission herkommt. Die Stärke der Emission ist ungefähr proportional zum Quadrat der Magnetfeldstärke,$\propto B^2$, und denken Sie daran, dass die magnetische Feldstärke in einer Darstellung wie der obigen der Dichte der Feldlinien entspricht. Offensichtlich sind die Feldlinien an den Polen am dichtesten, und daher kommen von dort die stärksten Felder und die stärkste Strahlung.

Wenn Sie sich die Röntgenemission ansehen, wird es auch wichtig, dass die Elektronen das System tatsächlich aus den offenen Feldlinien verlassen können, was es ihnen ermöglicht, Photonen zu komptonieren.

Die genauen Strahlungsmechanismen, die an der Strahlungsemission von Neutronensternen und Pulsaren beteiligt sind, sind immer noch ein sehr aktives Forschungsgebiet. Die Fragen, die Sie stellen, sind gut und diskussionswürdig.

Erstens ist die Behauptung, dass "ein Pulsar überwiegend Strahlung von seinen Magnetpolen aussendet", subjektiv. Es ist immer richtig (soweit wir das bisher beobachtet haben), dass Pulsare Strahlung von ihrem Pol mit der größten Intensität aussenden, aber es ist nicht richtig zu sagen , dass alle Pulsare (wenn man ihre Winde mitzählt) überwiegend Strahlung von ihren Magnetpolen aussenden wenn man dann das gesamte elektromagnetische Spektrum betrachtet.

Der Krebsnebel wurde in einer anderen Antwort erwähnt, und es ist erwähnenswert, dass dieser Nebel der archetypische (ursprüngliche Modell oder Typ, nach dem andere ähnliche Dinge gemustert sind) Pulsarwindnebel ist.

Es gibt zwei unterschiedliche Regionen, die beide zur Emission von Strahlung von schnell rotierenden Neutronensternen führen:

1. Der Bereich von der Oberfläche des Sterns bis zum Rand des Lichtzylinders.

2. Der Rand des Lichtzylinders durch die Windzone in die Nebelblase.

In Region 1 ist der grundlegende Umriss dessen, was vor sich geht, wie folgt. An der Sternoberfläche induzieren die riesigen Magnetfelder und die schnelle Rotation des Pulsars enorme elektrische Felder innerhalb der Magnetosphäre, die folglich Partikel von der Sternoberfläche reißen und sie auf hohe Energien beschleunigen. Plasma füllt dann die Magnetosphäre und das vorhandene extreme Magnetfeld reicht aus, um das Plasma starr mitrotieren zu lassen. Diese Mitrotation muss jedoch irgendwo in der Nähe des Lichtzylinders aufhören, und die Teilchen strömen entlang der geöffneten Magnetfeldlinien und tragen Energie in Form eines ultrarelativistischen magnetisierten Windes ab. Innerhalb dieses Bereichs stellt das mit der Rotationsachse ausgerichtete Magnetfeld offene Magnetfeldlinien bereit, an denen geladene Teilchen ansetzen könnenfliehen. Aufgrund der gewaltigen Magnetfelder, die daran beteiligt sind, ist dieser Großteil des Plasmas jedoch auf die äquatoriale Scheibe beschränkt und strömt als ultra-relativistischer Wind durch den Lichtzylinder nach außen. Plasma wird also aus der Polarregion emittiert, und dieses Plasma (hauptsächlich bestehend aus Positronen/Elektronen) bewegt sich entlang der Feldlinien und emittiert einen kleinen Bruchteil der Gesamtmenge (Inverse Compton/Synchrotron et al. mit einigen enormen Doppler-Strahlungseffekten). Strahlung, die vom Nebel ausgeht.

Über die zweite Region wissen wir mehr. Dies liegt daran, dass die Strömung, die durch den relativistischen Wind der Sterne erzeugt wird, und die anschließende Strahlung dieses geladenen Plasmas es uns ermöglichen, Einblick in die Magnetohydrodynamik bei der Arbeit zu gewinnen. Ich muss jedoch anmerken, dass der Mechanismus hinter der Beschleunigung des Windes (bekannt als Sigma-Problem) noch nicht sehr gut verstanden ist. Dieser relativistische Wind kann nicht ewig beschleunigen und muss irgendwann den Randbedingungen des einschließenden Supernova-Überrests entsprechen. Dies geschieht bei einem starken umgekehrten Schock, der als Terminierungsschock bekannt ist, bei dem das kalte kollimierte Plasma des Windes erhitzt, das Magnetfeld verstärkt und Partikel auf ultrahohe Energie gebracht werden. Diese Partikel blasen dann eine Blase aus geschocktem, erhitztem Plasma auf, die Nebel aus strahlenden Partikeln erzeugen, die kontinuierlich durch das Magnetfeld des Nebels abgebremst werden (die Dynamik des Endschocks ist die wahrscheinliche Ursache für die 'wisch'-ähnlichen Strukturen [stark strahlende Strukturen, die von Synchrotronemission] weg vom Pulsar in der Äquatorscheibe). Infolgedessen wird ein nicht zu vernachlässigender Bruchteil der Spin-down-Energie des Pulsars, die durch seinen Wind verloren geht, als nicht-thermische Strahlung nachweisbar (was uns ermöglicht, das hübsche Bild des Krebses zu zeichnen).

Das obige Bild zeigt den [Ringkern] Terminierungsschock im Detail. Die angezeigte Größe ist der Lorentzfaktor. Die Bezeichnungen beziehen sich auf: A. ultrarelativistische Windzone; B. Der Mach-Gürtel; C. Bogenschock; D. Scherschicht; E. Gammastrom; F. Felgenstoß. G. Polarjet. H. Der helle Knoten (von dem angenommen wird, dass er für die Emission von Gammastrahlen mit hoher Intensität verantwortlich ist). Beiseite. Um hier etwas Maßstab zu geben, die Magnetosphäre ist außerhalb des Rasters, das heißt, sie könnte bequem in dem weißen Punkt in der Mitte des Bildes enthalten sein! Unser gesamtes Sonnensystem würde bequem in den Terminierungsschock passen (obwohl das ein beängstigender Gedanke ist!).

Nun, es gibt einige komplexe Dynamiken in der Nähe des Endschocks, und es ist diese stromabwärts gerichtete Strömung, die die vermutete Hauptursache für die Bildung relativistischer Jets ist. Bei Pulsaren und Magnitars sind es die magnetischen Ringspannungen, die dazu führen, dass der Hauptstrom von diesen Objekten stromabwärts des Endstoßes kollimiert und von der Äquatorialscheibe zurück in Richtung der Polachse umgeleitet wird, was zu großen Erhöhungen des Gesamtdrucks führt in der Polarregion (außerhalb des Terminierungsschocks) und verursacht eine enorme Beschleunigung entlang der Rotationsachse und weg vom Stern (beachten Sie, es passiert noch viel mehr, aber das ist das Wesentliche!). Die gebildeten Jets bleiben kollimiert (zylindrisch – mit vielleicht einigen Wurstinstabilitäten, wenn sie sich vom Stern wegbewegen) aufgrund der „lokalen“ Z-Prise in der „Nähe“ des Sterns.Modelle für astrophysikalische relativistische Jets von kompakten Objekten für weitere Informationen und einige Links zu Animationen dieses Phänomens.

Hier ist ein Papier, das ich vor einiger Zeit zu diesem Thema geschrieben habe, Observations of Wisps, und ein großartiges Nachfolgepapier über die Physik hinter der jüngsten Gammastrahlen-Variabilität, die vom Krebsnebel aus gesehen wird, und die vermuteten Ursachen .

Natürlich gibt es zu diesem Thema noch viel mehr zu sagen, aber ich fürchte, Sie müssen ab jetzt selbst der Papierspur folgen! Kommen Sie gerne wieder und stellen Sie weitere Fragen, wenn Sie bereit sind ...

Ich hoffe das hilft.

Bei manchen Pulsaren wird Off-Puls-Emission detektiert. Tatsächlich handelt es sich um eine kohärente Emission, die aus der Zyklotronresonanz zwischen hochenergetischen Primärteilchen und den Sekundärteilchen mit niedrigem Gamma-Wert in der Magnetosphäre des Pulsars resultiert