Transcript パルサー磁気圏研究の今後の展望

高エネルギー宇宙物理学の
将来とCTA@ 柏
パルサー磁気圏研究の
今後の展望
柴田 晋平
山形大学理学部
NS population
●Rotation Powered Pulsar (RPP)
rotating NS with B ～10^12G
Ordinary Pulsar B～10^12 G
Millisecond Pulsar B～10^8 G
High fileld RPP B～10^13
RRAT (Rotating Radio Transint) B～10^13
●Magnetar (AXP,SGR)
Magnetically Powered NS with B～10^14 G
●Accretion Powered Pulsar
gas falls onto a NS from a binary companion
●Binary Pulsar (RPP in a binary system)
P-Pdot diagram
10^15GEotation Luminosity
Lrot = I Ω(dΩ/dt)
～μ^2 Ω^4/c^3
10^13G
10^11G
10^9G
SED(spectral energy density plot)
keV
GeV
TeV
Pulsed emission
magnetospheric
RL=c/Ω
Vacc=RL*BL=μΩ^2/c^2
E// 加速の困難
Ｅ// 加速
BB 加熱
加速領域の多様性 E// + e/p
Pulsar Wind Lwind=ηw Lrot
Unpulsed emission
Nebula
Rs=(Lwind/4πPext)^1/2
Vacc=Rs*Bn with Pext=Bn^2/8π
垂直衝撃波加速の困難
sync
ＩＣ
磁気リコネクションの可能性
Aharonian, F.A. & Atoyan, A.M., 1998
See also Tanaka S. @ohsaka
Fermi 時代のパルサー研究の方向: outline
パルスプロファイルの現象論
電波からガンマ線まで、大量のサンプル（磁気
モーメントの傾斜角と viewing angleのほとんどの組
み合わせがサンプルされる）。
加速領域の大体の位置特定（そこそこに）
位相別スペクトル
 加速電場と磁場
の定量的な議論
磁気圏の大局的な構造の決定：
多彩な加速現場の特定
・Outer gap,
・Polar Cap,
・Slot gap,
・neutral sheet,
・Y-point
・ オーロラ
･ギャップE//
・非ギャップE//形成、
・電子陽電子生成
・磁気リコネクション
・ダブルレイヤー
粒子加速領域
Light cylinder
Null面
Ω
B
Dead zone
Polar cap
？
Slot gap
？
Outer gap
○
Outer gap modelの光度曲線
ガンマ線
Romani 1995
Bai & Spittkovskiｙ2009
Outer Gap
Outer gap
第一原理から
証明できた
モデルで、
パルス波形も
OK
スペクトルも
そこそこ
沿磁電場強度マップ
赤(E//>0)と青(E//<0)の濃
い部分では電子陽電子対
生成が起こる
Electron wind
E//=0
E//≠0
E//=0
0
R
Wada and Shibata (2006), Wada and Shibata, Yuki, Shibata and Wada (2010 in preparation)
Abdo (Fermi ) 2009 “Fermi Large Area telescope observations of
the Crab pulsar and nebula”
Vela Pular
Geminga pulsar
Mazzano, Dumora & Gargano 2009
(2009 Fermi Symposium, Washington DC. Nov 2-5)
電波
電流の方向
PFF
e+
がが
e-
ガンマ線
Dead
zone
Harding 2007
Polar Cap
電流の方向
Slot Gap
ガンマ線
Dead
zone
Muslimov & Harding 2003
粒子加速領域
Light cylinder
Null面
Ω
B
どう描き変わる？
Polar cap
？
Slot gap
？
Outer gap
○
Dead zone
？のモデルに対応する
パルスがみつかるか？
もっと、違った加速サイ
トの提案！
結果
非共回転ポテンシャル
正電荷
Polar cap
粒子分布
負電荷
拡大
Outer gap
星
緑の領域で
Yuki, Shibata and Wada (2010 in preparation)
となる境界(dead zone)は確かに存在する
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慣性無視（force free）
Contopoulos 1999
慣性考慮
Komissarov 2006
global
電流の向き
Uzdensky 2003
磁気中性面の構造は
local
良く分かっていない
(Y-point)
Y-pointでの磁場散逸
プロセスを明らかにする
(最新の結果： Umizaki & Shibata 2010)
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時間変化
( Umizaki & Shibata 2010)
初期の磁力線
t ～ P / 5での磁力線
（Uzdensky, 2003）
（P : 星の自転周期）
0.02
0.02
Z / RLC
Z / RLC
0.01
0.00
0.99
赤道面
1.00
R / RLC
1.01
Y-point
0.01
0.00
0.99
1.00
R / RLC
1.01
・磁気リコネクションが起こった。
polar cap 放射の
⇒ プラズマの加熱を示唆
可能性
⇒ 放射、パルサー風加速の可能性
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平均的な構造（時間平均）
磁場ベクトル
|E| / |B|分布
0.02
z / RLC
z / RLC
0.02
0.01
0.01
|E| > |B|
0
0.99
0
1
1.01
0.99
R / RLC
1
R / RLC
・時間平均すると磁場はY字形の構造
・|E| > |B|の領域は磁気中性面から数デバイ長の幅に縮退
⇒ 磁気中性面近傍での加速 or 加熱を示唆
1.01
Rotation axis
Magnetic axis
Light cylinder
Ω
Polar cap
Slot gap
Outer gap
Ｔｈｉｃｋ ｗｉｎｄ
Neutral sheet
磁気リコネクション
パルサーオーロラ
大澤健（山形大学・理工学研究科）修士論文 春の学会予告
以前おこなった
Ｃｈａｎｄｒａ Ｉｍａｇｅ の再現
Shibata et.al. 2007
≪再現されたイメージ≫
≪Hard X-ray observation≫
f(γ,θ)=Kγ-βcos2θ
p|| (B方向)
新たにおこなった Hard X-ray Image の
再現 磁気リコネクションを伴ったパルサー風衝撃波
22~43keV
43~64keV
Pitch角θ：小
p⊥