Эмиссия магнитных полюсов пульсаров

Во-первых, Шапиро и Теукольский — это евангелие, оно никогда не устареет.

Что касается вашего вопроса: вы спрашиваете, почему излучение не исходит из всей области магнитного поля? Т.е. почему излучение не идет отовсюду вдоль силовых линий, соединяющих полюса?

Самый важный ответ заключается в том, что существует излучение от частиц, захваченных вдоль замкнутых силовых линий — просто это не то место, откуда исходит самое сильное излучение. Сила излучения примерно пропорциональна квадрату напряженности магнитного поля,$\propto B^2$, и помните, что напряженность магнитного поля соответствует плотности силовых линий на изображении, подобном приведенному выше. Ясно, что силовые линии наиболее плотны на полюсах, и, таким образом, самые сильные поля и самое сильное излучение исходят оттуда.

Когда вы смотрите на рентгеновское излучение, также становится важным, что электроны могут фактически покинуть систему из-за открытых силовых линий, что позволяет им комптоновски рассеивать фотоны.

Точные механизмы излучения, участвующие в радиационном излучении нейтронных звезд и пульсаров , все еще являются очень активной областью исследований. Вопросы, которые вы задаете, хороши и заслуживают обсуждения.

Во-первых, утверждение о том, что «пульсар преимущественно излучает излучение своих магнитных полюсов», является субъективным. Всегда верно (насколько мы до сих пор наблюдали), что пульсары излучают излучение от своего полюса с наибольшей интенсивностью, но неверно утверждать, что все пульсары (если учесть их ветры) преимущественно излучают излучение от своих магнитных полюсов. при рассмотрении всего электромагнитного спектра.

Крабовидная туманность упоминалась в другом ответе, и стоит отметить, что эта туманность является архетипической (исходной моделью или типом, по образцу которой создаются другие подобные вещи) туманности пульсарного ветра.

Есть две отдельные области, которые приводят к излучению излучения быстро вращающихся нейтронных звезд:

1. Область от поверхности звезды до края светового цилиндра.

2. Край светового цилиндра через ветровую зону в пузырь туманности.

В области 1 основная схема того, что происходит, выглядит следующим образом. На звездной поверхности огромные магнитные поля пульсара и быстрое вращение индуцируют огромные электрические поля в магнитосфере, которые, следовательно, отрывают частицы от звездной поверхности и ускоряют их до высоких энергий. Затем плазма заполняет магнитосферу, и существующего сильного магнитного поля достаточно, чтобы заставить плазму жестко вращаться в одном направлении. Однако это совместное вращение должно прекратиться где-то вблизи светового цилиндра, и частицы текут по разомкнутым силовым линиям магнитного поля, унося энергию в виде ультрарелятивистского замагниченного ветра. Внутри этой области магнитное поле, выровненное с осью вращения, создает открытые силовые линии магнитного поля, по которым могут двигаться заряженные частицы.побег. Однако из-за огромных магнитных полей подавляющее большинство плазмы ограничено экваториальным диском и течет наружу через световой цилиндр, как и ультрарелятивистский ветер. Таким образом, плазма испускается из полярной области, и эта плазма (преимущественно состоящая из позитронов/электронов) движется вдоль силовых линий, излучая небольшую часть от общего количества (обратный комптон/синхротрон и др. с некоторыми обширными эффектами доплеровского излучения). видно излучение, исходящее из туманности.

Второй регион — тот, о котором мы знаем больше. Это связано с тем, что поток, создаваемый релятивистским ветром звезд, и последующее излучение этой заряженной плазмы позволяет нам получить представление о магнитогидродинамике в действии. Однако я должен отметить, что механизм ускорения ветра (известный как проблема сигмы) до сих пор не очень хорошо изучен. Этот релятивистский ветер не может ускоряться вечно и должен в какой-то момент соответствовать граничным условиям удерживающего остатка сверхновой. Это происходит при сильном обратном ударе, известном как завершающий удар, когда холодная коллимированная плазма ветра нагревается, магнитное поле усиливается, а частицы разгоняются до сверхвысоких энергий. Затем эти частицы раздувают пузырь ударно-нагретой плазмы, который создает туманности излучающих частиц, которые постоянно тормозятся магнитным полем туманности (динамика конечного скачка является вероятной причиной «струек»-подобных структур [сильно излучающие структуры, создаваемые синхротронное излучение], удаляющееся от пульсара в экваториальном диске). В результате значительная часть энергии пульсара, теряемой из-за ветра, становится заметной в виде нетеплового излучения (что позволяет нам создать красивую картину Краба).

На изображении выше подробно показан [тороидальный] замыкающий скачок. Показанная величина является фактором Лоренца. Этикетки относятся к: A. ультрарелятивистской ветровой зоне; Б. Пояс Маха; C. Шок арки; D. сдвиговый слой; E. гамма-поток; F. краевой шок. Г. Полярная струя. H. Яркий узел (считается ответственным за гамма-излучение большой интенсивности). В стороне. Чтобы обеспечить здесь некоторый масштаб, магнитосфера находится за пределами сетки, то есть ее можно было бы с удобством поместить в белую точку в центре изображения! Вся наша солнечная система с комфортом поместилась бы внутри ударной волны завершения (хотя это пугающая мысль!).

Вблизи конечного скачка наблюдается некоторая сложная динамика, и именно этот нисходящий поток является предполагаемой основной причиной образования релятивистских струй. Для пульсаров и магнитаров это магнитные кольцевые напряжения, которые заставляют объемный поток удаляться от этих объектов вниз по потоку завершающей ударной волны, коллимироваться и перенаправляться от экваториального диска обратно к полярной оси, что вызывает значительное увеличение общего давления в полярной области (вне завершающей ударной волны) и вызывает значительное ускорение вдоль оси вращения и вдали от звезды (обратите внимание, происходит гораздо больше, но это общая суть!). Сформировавшиеся струи остаются коллимированными (цилиндрическими - возможно, с некоторыми колбосовидными неустойчивостями по мере удаления от звезды) из-за "местного" Z-пинча в "окрестностях" звезды.модели астрофизических релятивистских струй от компактных объектов для получения дополнительной информации и некоторых ссылок на анимацию этого явления.

Вот статья, которую я написал на эту тему некоторое время назад «Наблюдения огоньков» и отличная дополнительная статья о физике недавней изменчивости гамма-излучения, наблюдаемой в Крабовидной туманности, и предполагаемых причинах .

Конечно, по этой теме можно сказать еще много, но я боюсь, что с этого момента вам придется следовать бумажному следу! Не стесняйтесь возвращаться и задавать дополнительные вопросы, когда будете готовы...

Надеюсь, это поможет.

У некоторых пульсаров обнаружено внеимпульсное излучение. На самом деле это когерентное излучение, возникающее в результате циклотронного резонанса между высокоэнергетическими первичными частицами и вторичными частицами с низким гамма-излучением в магнитосфере пульсара.