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

Simon & Weisberg 2006, MNRAS, 368, 1856

sin2θ/r = const. = sin2θe/re =1/R_L 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 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 ρgj ～1012 cm-3 中性子星 Equipotentials (Q=0) Magnetic filed lines 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 誘導電場：真空の場合。 高電位 ρgj ～1012 cm-3 ρ＝div E / 4 π 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 真空ギャップ Ruderman and Sutherland 1975

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

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。

E+v×B/c = 0 が近似的に成立すると仮定 Ｂ 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 運動方程式の磁力線に沿った成分を取り出す。 e－ e－ e－ 沿磁力線電場を決める式 e－ e－

Ｂ qn – ρ = j/v － ρ = 0 vc= j/ρ e－ e－ e－ ｇｊ ｇｊ e－ e－ v<c なら振動、 dx/dt = v m(dv/dt) = -kx - mg e－ e－ e－ qn – ρ = j/v 　－　ρ　= 0 vc= j/ρ ｇｊ ｇｊ e－ e－ v<c なら振動、 v>c なら単調増加

j>jc E//加速 E//加速 Pair creation Pair creation Toward curvature Away curvature Shibata 1997, MNRAS, 287, 262

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

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！ 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－

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