γ線パルサーにおける電場の発生、粒子加速モデル

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1 γ線パルサーにおける電場の発生、粒子加速モデル
山形大学理工学研究科 高田　順平 　　　　　　　　柴田　晋平 　　　　　　　　　広谷　幸一（MPI) 研究会「CANGAROO望遠鏡によるガンマ線天文学の新展開」

2 目次 Introduction Outer-gap model
Eloctrodynamical model (Hirotani & Shibata) 2-dimesional model Summary & Discussion

3 γ-ray pulsar Crab Vela 1. Introduction *γ線パルサー ７ （電波パルサー 約１５００） 電波 可視
*γ線パルサー　７　（電波パルサー　約１５００） 電波 可視 X γ Crab Vela

4 Global model for γ-ray pulsars
１. Introduction Global model for γ-ray pulsars

5 パルサー磁気圏の粒子加速 Polar-Cap –電波 Outer-Gap Polar-CapとOuter-Gapの加速場の発生メカニズム
1. Introduction Polar-Cap –電波 （パルサーwindの粒子をつくる） Outer-Gap Polar-CapとOuter-Gapの加速場の発生メカニズム ⇔電荷密度がGoldreich-Julian電荷密度からずれた領域 － ヌル面 giant pulse ? 　　(radio) +

6 これからの観測 - O-G - P-G EGRET GLAST 1. Introduction Vela
0.1 1 0.001 Crab スピンダウン　エネルギー/距離^2 EGRET GLAST 周期（ｓ） これからの観測 1. Introduction ＋EGRET - O-G - P-G Vela A long standing issue Polar-Cap .Vs. Outer-Gap GLASTと地上チェレンコフ望遠鏡にる10GeV以上の観測 スペクトルが1GeV以上で正確に -high energy cut off Light curveが正確になる -放射領域のgeometry ミリ秒パルサーからのγ線放射 （特に最速パルサーB )

7 Cheng,Ho&Ruderman(1986) 2. Outer-gap model ＊ヌル面からのびる薄いouter-gap
*Gap内での対生成によってGJ電流　　　　　　　　　　　　　　を作り、γ線を放射 ＊３次元幾何学を考慮にいれてパルスshapeを説明（Yadigaroglu&Romani　1995) ＊位相毎のスペクトルを計算 加速電場を解いていない 矛盾なく加速電場、対生成を結びつけ outer-gapの構造を解く

8 Light curve of γ-ray Yadigaroglu&Romani(1995) CHR的な幾何学
5.Outer-gap model Light curve of γ-ray Yadigaroglu&Romani(1995) CHR的な幾何学 各photonのaberration　,photon間のtime delay Outer-Gapは自然に一周期のdouble peak構造を再現 観測者の回転軸からの傾き (Cheng, et al 2000)

9 Hirotani&Shibataの計算(1999)
3. Electrodynamical model Hirotani&Shibataの計算(1999) （加速電場を解くモデル） + ヌル面 磁力線に沿った一次元モデル ポアソン方程式 粒子の連続の式 光子の連続の式 + ０ －

10 3. Electrodynamical model
gamma-ray spectrum 問題点

11 2次元Outer-Gapモデル Hirotani＆Shibataの計算を２次元に拡張 4. ２次元モデル ＊２次元でγ線、対生成
の軌跡を追う ＊対生成が起きる位置は一様乱数を振って決める γ-ray 対生成の平均自由工程 が一様 ヌル面 Co-rotational magnetosphere Light cylinder X線

12 4. ２次元モデル Height 電場の相対分布 ヌル面 0.5

13 Inner boundary of Outer-gap
4. ２次元モデル ＊ポアソン方程式 ＊電流保存 ○ × ０

14 5. Summary & Discussion Summary＆Discussion

15 Summary & Discussion

16 Polar-cap acceleration
2. Polar-cap & outer-gap Charge-limited flow (Arons&Sharlemann,1979) パルサー表面から流出するfree electron (Shibata, S 1997) 発生した電場を閉じるためには電子と陽電子のpairが必要

17 Particle simulation for pulsar-magnetosphere
2. Outer-gap model Particle simulation for pulsar-magnetosphere Smith, Michel,Thacker 2001 *真空状態から始めて、最終的 なプラズマの分布 (no-pair creation) － ＊プラズマで埋まっている領域 ＊プラズマが欠乏している所 ＋ Outer-Gap!! Outer-Gap内部の構造を数値計算で解く

18 ＋EGRET - O-G - P-G Vela