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1. （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2. （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)

3. （モデル発展の歴史 II ）制限電荷流モデル；　 E// ＝０

4. （新しい展開の始まり ) Ｇｌｏｂａｌ　モデルからの帰結

5. 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

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。

Dead zone

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

この節のまとめ

真空ギャップを仮定するモデル；

表面で E//≠ ０　（ Ruderman and Sutherland model)

中性子星

Unipolar InductorEquipotentials (Q=0)

高電位

Magnetic filed lines

誘導電場：真空の場合。

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

ρ ＝ div E / 4 π ρgj ～ 1012 cm-3

プラズマ供給問題

Ruderman and Sutherland 1975

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

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 flowScharlemann, Arons & Fawley 1978Scharlemann et. al. 1978Arons & 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。

Ｂ

完全導体球が剛体回転

E+v×B/c = 0 が近似的に成立すると仮定

e －

e －

e －

e －

e －

磁場に平行な流れは決まらない。

Ｂ

e －

e －

e －

e －

e －

運動方程式の磁力線に沿った成分を取り出す。

沿磁力線電場を決める式

Ｂ

e －

e －

e －

e －

e －

dx/dt = v

m(dv/dt) = -kx - mg

qn – ρ = j/v 　－　 ρ 　 = 0

vc= j/ρ

ｇｊ ｇｊ

v<c なら振動、v>c なら単調増加

Pair creationPair creation

Shibata 1997, MNRAS, 287, 262

Toward curvature Away curvature

j>jcE// 加速 E// 加速

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？

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。

新しい考え！

Polar Cap にギャップができた

Polar Gap ができた

e － e －e －

E//

埋め込まれたアルゴリズム上、必然的にできる！

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// =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