Миллиметрон Пущино, 10 апреля

План Радиопульсары Торможение током Изображение (А.Л.Акопян) AGN Магнитные поля вблизи горизонта ( А.А.Желтоухов, С.В.Чернов) Плотная сердцевина (Е.Е.Нохрина) Определение параметров (А.А.Желтоухов, Ю.Ю.Ковалев, Е.Е.Нохрина)

В.С.Бескин, Я.Н.Истомин, А.А.Филиппов Радиопульсары

В.С.Бескин Kоллимация и ускорение частиц в компактных астрофизических источниках

Единый механизм?

Основные задачи Центральная машина – униполярный индуктор. Эта модель позволяет ответить на основные вопросы: Источник энергии – вращение. Механизм выделения энергии W tot = IU. Коллимация Ускорение частиц

Униполярный индуктор Вращающийся намагниченный шар может служить батареей постоянного электрического тока

Униполярный индуктор 1.Электрический контур касается шара на разных широтах. 2.Электрический контур вращается с угловой скоростью, отличной от угловой скорости намагниченного шара. 3.Источник энергии (ЭДС) – кинетическая энергия вращения. 4.Батарея – сторонние силы. W = UI

Параметр замагниченности r F R L PSR AGN ??? GRB YSO i v inf c (максимально возможный лоренц-фактор)

Параметр множественности PSR AGNs ??? GRBs

Таблица 1. Параметры центральной машины

Униполярный индуктор (теория) Условие вмороженности E + V B/c =0 (E = j ЭДС (не связана с эффектом Фарадея) E ~ ( V/c)B, U = E L Ненулевая плотность заряда e ~ E/L (E ~ Q/L 2 ) (divE = 4 e ) для вращения V = r

радиопульсары Вращающаяся нейтронная звезда работает как униполярный индуктор, теряя энергию вращения за счет электрических токов, текущих в магнитосфере

Торможение радиопульсаров (теория) Коротация V = r Световой цилиндр R L =c / Полярная шапка Энергетические потери W = UI U ~ ER 0 ~ ( R /c)B 0 R 0 I ~ e c R 0 2 ~ B 0 R 0 2 = I GJ

Торможение радиопульсаров Для величин, характерных для радиопульсаров магнитное поле B 0 ~10 12 Гаусс радиус нейтронной звезды R ~ 10 6 см период P ~ 1 c полное энерговыделение W ~ – эрг/c близко к наблюдаемому I r W dW/dt

Торможение радиопульсаров 1. Замедление вращения нейтронной звезды осуществляется за счет силы Ампера F A = ( 1/c ) J s x B поверхностных токов, замыкающих объемные токи, текущие в магнитосфере. 2. В пределах светового цилиндра поток энергии связан с потоком вектора Пойнтинга S = ( c/4 ) E x B

Ортогональный ротатор – энергетические потери В.С.Бескин, А.В.Гуревич, Я.Н.Истомин, ЖЭТФ, 85, 235 (1983)

Ортогональный ротатор – энергетические потери A.Spitkovsky, ApJ Lett., 648, L51 (2006)

В.С.Бескин, А.В.Гуревич, Я.Н.Истомин, ЖЭТФ, 85, 235 (1983)

Решение Спитковского, = 60 o

Для обычных пульсаров Продольный асимметричный ток должен в (!!!) раз превышать гольдрайховский. Проблема нагрева поверхности. Если это не так, то за световым цилиндром должна существовать световая поверхность | E| = |B|, где должно происходить эффективное ускорение частиц.

Предсказание Тонкий слой r ~ R L / Ускорение частиц за счет движения перпендикулярно магнитным поверхностям Ускорение вплоть до

Предсказание

Изображение

AGNs Магнитные поля вблизи r g Плотная сердцевина

Вне светового цилиндра магнитные силовые линии экватор не пересекают

S.Koide, Phys. Rev. D., 67, (2003)

S.S. Komissarov, MNRAS, 359, 801 (2005)

McKinney J.C., Tchekhovskoy A., Blandford R. D. MNRAS, 423, 3083 (2012)

Подтверждение Хорошее согласие с force-free аналитикой

Central core Релятивистское течение

Роль кривизны Уравнение Грэда-Шафранова есть уравнение баланса сил. Для сильно замагниченного течения e E + j x B/c ~ После преобразований Если можно пренебречь кривизной R c, то тогда B 2 E 2 ~ B 2 2 и B 2 x 2 B 2 p, и мы имеем x

Роль кривизны Если же кривизной R c пренебречь нельзя, то S ~ ( c/4 ) B 2 и, пренебрегая последним слагаемым (Beskin, Zakamska, Sol, 347, 587, 2004) (R c / ) 1/2

Еще одно замечательное свойство Для обеих асимптотик (если только нет насыщения, т.е. < ) Наблюдения дают 0.1

Central core r core = in R L B min = B(R L )/ in, core ( in ) 0 B B min in R L r ext

Yu.Lyubarsky, ApJ, V.S.Beskin, E.E.Nokhrina, 698, 1570, 2009 MNRAS, , 2009

S.Komissarov, M.Barkov, N.Vlahakis, A.Königl, MNRAS, 380, 51 (2006)

A.Tchekhovskoy, J.McKinney,R.Narayan, ApJ, 699, 1789 (2009)

O.Porth,Ch.Fendt, Z.Meliani, B.Vaidya, ApJ, 737, 42 (2011)

Заключение Электродинамическая модель позволяет объяснить основные свойства компактных объектов Достигнут консенсус относительно внутреннего строения МГД течений. До настоящего понимания еще очень далеко. Однако теория кое-что уже может предсказать.

Заключение Теория предсказывает: радиальное магнитное поле вблизи горизонта, плотную сердцевину в струйных выбросах.