Заказать курсовые, контрольные, рефераты...
Образовательные работы на заказ. Недорого!

Эффекты общей теории относительности в эжекции частиц и генерации электромагнитного излучения нейтронными звездами

Диссертация: Эффекты общей теории относительности в эжекции частиц и генерации электромагнитного излучения нейтронными звездами
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В рамках общерелятивистской электродинамической модели выполнен расчет параметров вторичной электронно-позитронной плазмы, образующейся в области открытых силовых линий магнитного поля вблизи поверхности нейтронной звезды. Получены величины обратного тока позитронов и интенсивности теплового рентгеновского излучения горячих пятен в полярных областях радиопульсаров. Результаты расчетов близки… Читать ещё >

Содержание

  • Введение
    • 1. 1. Нейтронные звезды: история открытия и основные характеристики
    • 1. 2. Электродинамика магнитосферы пульсара
    • 1. 3. Общерелятивистская электродинамическая модель

Эффекты общей теории относительности в эжекции частиц и генерации электромагнитного излучения нейтронными звездами (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

3.2 Дипольное поле.56

3.2.1 Параметры электронно-позитронной плазмы, генерируемой в области открытых силовых линий магнитного поля.56

3.2.2 Обратный ток позитронов и температуры горячих пятен в полярных областях нейтронных звезд. 61

3.2.3 Обсуждение результатов.67

3.3 Недипольное поле.68

3.3.1 Модель описания недипольности .68

3.3.2 Параметры электронно-позитронной плазмы, генерируемой в области открытых силовых линий магнитного поля.70

3.3.3 Температура горячих пятен в полярных областях нейтронных звезд для недипольного поля.71

3.4 Заключение.76

4 Ускорение двойных рентгеновских источников их излучением 78

4.1 Введение .78

4.2 Эффект фотонной ракеты у двойных рентгеновских систем 81 4.2.1 Диаграмма направленности рентгеновского излучения нейтронной звезды для бесконечно удаленного наблюдателя.82

4.2.2 Сила реакции излучения.87

4.3 Пространственная функция распределения рассматриваемых источников.89

4.4 Заключение.93

Список обозначений 99 Библиография 101

Заключение

Сформулируем основные результаты, полученные в диссертации:

1. Рассчитаны спектры и диаграммы направленности гамма-излучения полярных областей радиопульсаров. Объяснены основные черты наблюдаемого гамма-излучения пульсаров Геминга (2СС 195+04) и РЭИ 1706−44 в рамках общерелятивистской электродинамической модели в предположении о дипольном характере магнитного поля нейтронной звезды.

2. В рамках общерелятивистской электродинамической модели выполнен расчет параметров вторичной электронно-позитронной плазмы, образующейся в области открытых силовых линий магнитного поля вблизи поверхности нейтронной звезды. Получены величины обратного тока позитронов и интенсивности теплового рентгеновского излучения горячих пятен в полярных областях радиопульсаров. Результаты расчетов близки к данным наблюдений рентгеновского излучения радиопульсаров РЗИ 1055−52, РБЯ 1929+10 и Геминга. Получена зависимость рентгеновской светимости полярных областей радиопульсаров от периода вращения и величины магнитного поля.

3. Предложена модель, описывающая недипольность магнитного поля вблизи поверхности нейтронной звезды. Найдена рентгеновская светимость полярных областей радиопульсаров как функция параметра недипольности. Показано, что в общерелятивистской электродинамической модели увеличение кривизны магнитных силовых линий ведет к понижению рентгеновской светимости полярных областей. Сделан вывод о том, что отсутствие рентгеновского излучения от полярных областей у большинства радиопульсаров, вероятно, свидетельствует о недипольном характере их магнитного поля.

4. Впервые предложен эффект «фотонной ракеты» у двойных рентгеновских систем, возникающий в случае, когда магнитное поле нейтронной звезды в двойной системе асимметрично. Проделанные расчеты пространственного распределения маломассивных двойных рентгеновских систем в Галактике показали, что эффект «фотонной ракеты» может объяснить наблюдаемое широкое распределение этих источников по высоте над галактической плоскостью. Отмечено, что за время порядка Ю10 лет такие системы образуют галактическое гало, а часть из них уходит в межгалактическое пространство.

Благодарности

Автор выражает огромную признательность своему научному руководителю Анатолию Ивановичу Цыгану, без которого написание этой диссертации было бы невозможно. Он является не только замечательным учителем, обладающим широчайшим физическим кругозором, но и всегда в необходимых случаях оказывал личную, человеческую поддержку.

Во время обучения в аспирантуре и написания диссертации автор получал материальную поддержку от Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проекты N 95−02−4 087а и N 98−218 401), за которую благодарит фонд.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Adler S.L. Ann. Phys., 67, 599, 1971. Arons J., Scharlemann, E.T. Pair formation above pulsar polar caps: structure of the low altitude acceleration zone. Astrophys. J., 231, 854−879, 1979.
  2. Arons J., Scharlemann, E.T. Pair formation above pulsar polar caps: structure of the low altitude acceleration zone. Astrophys. J., 231, 854 879, 1979.
  3. Arons J. Pair creation above pulsar polar caps: steady flow in the surface acceleration zone and polar cap X-ray emission. Astrophys. J., 248, 1099−1116, 1981.
  4. B.C. О влиянии эффектов ОТО на электродинамические процессы в радиопульсарах. Письма в Астрон. журн., 16, 665−672, 1990.
  5. B.C., Гуревич A.B., Истомин Я. Н. Электродинамика магнитосферы пульсара. ЖЭТФ, 85, 401−433, 1983.
  6. Beskin V.S., Malyshkin L.M. On the self-consistent model of the axisymmetric radio pulsar magnitosphere. MNRAS, 298, 847−853,1998.
  7. С.Д., Котов Ю. Д. Эжекция позитронов из поверхности пульсаров под действием ультрарелятивистских электронов. Астрофизика, 31, 124−136, 1989.
  8. С.Д., Котов Ю. Д. Связь характеристик электромагнитного каскада в магнитосфере пульсара с процессами на его поверхности. Письма в Астрон. журн., 15, 429−437, 1989.
  9. Caraveo Р.А., Bignami G.F., Mignani R., Taff L.G. Parallax observations with the Hubble Space Telescope yield the distance to Geminga. Astrophys. J. Lett., 461, L91-L94, 1996.
  10. Carlberg R.G., Innanen K.A. Galactic chaos and the circular velocity at the Sun. Astron. J., 94, 666−670, 1987.
  11. Chang H.-K. Magnetic inverse Compton scattering above polar caps. Astron. and Astrophys., 301, 456−462, 1995.
  12. Cheng K.S., Ho C., Ruderman M. Energetic radiation from rapidly spinning pulsars. I Outer magnetosphere gaps. II — Vela and Crab. Astrophys. J., 300, 500−539, 1986.
  13. Cohen E.R., Taylor B.N. The 1986 CODATA Recommended Values of the fundamental physical constants. Journal of Research of the National Bureau of Standarts, 92, 85−95, 1987.
  14. Cohen E.R., Taylor B.N. The 1986 adjustment the fundamental physical constants. Rev. Mod. Phys. 59, 1121−1148, 1987.
  15. Daugherty J.K., Harding A.K. Electromagnetic cascades in pulsars. Astrophys. J., 252, 337−347, 1982.
  16. Daugherty J.К., Harding А.К. Pair production in superstrong magnetic fields. Astrophys. J., 273, 761−773, 1983.
  17. Daugherty J.K., Harding A.K. Polar cap models of gamma-ray pulsars: Emision from single poles of nearly aligned rotators Astrophys. J., 429, 325−330, 1994.
  18. Daugherty J.K., Harding A.K. Gamma-Ray Pulsars: Emission from Extended Polar Cap Cascades. Astrophys. J., 458, 478, 1996.
  19. Deutsch A.J. The electromagnetic field of an idealized star in rigid rotation in vacuo. Ann. Astrophys., 18, 1−10, 1955.
  20. И.Г. Движение частиц и фотонов в гравитационном поле вращающегося тела. УФН, 148, 393−432, 1986.
  21. Erber Т. High-energy electromagnetic conversion processes in intense magnetic fileds. Review of Modern Physics, 38, 626−659, 1966.
  22. Fawley W. M., Arons J., Scharlemann E. T. Potential drops above pulsar polar caps Acceleration of nonneutral beams from the stellar surface. Astrophys. J., 217, 227−243, 1977.
  23. Finley J.P., Ogelman H. ROSAT observation of PSR 0656+14: a pulsating and cooling neutron star. Astrophys. J. Lett., 394, L21-L24, 1992.
  24. Giacconi et al. Phys. Rev. Lett., 9, 439, 1962.
  25. B.JI., Озерной JI.M. О гравитационном коллапсе магнитной звезды. ЖЭТФ, 47, 1030−1040, 1964.
  26. Goldreich P., Julian W.H. Pulsar electrodynamics. Astrophys. J., 157, 869−880, 1969.
  27. Greiveldinger C., Camerini U., Fry W. et al. Heated polar caps in PSRs 0656+14 and 1055−52. Astrophys. J. Lett., 465, L35-L38, 1996.
  28. Halpern J.P., Ruderman M. Soft X-ray properties of the Geminga pulsar. Astrophys. J., 415, 286−297, 1993.
  29. Halpern J.P., Wang Y.-H. A Broadband X-Ray Study of the Geminga Pulsar Astrophys. J., 477, 905−915, 1997.
  30. Harding A.K. Pulsar gamma-rays Spectra, luminosities, and efficiencies. Astrophys. J., 245, 267−273, 1981.
  31. Harding A.K., Tademaru E., Esposit E.V. A curvature-radiation-pair-production model for gamma-ray pulsarsio Astrophys. J., 225, 226−236, 1978.
  32. Harding A.K., Preece R. Quantized synchrotron radiation in strong magnetic fields. Astrophys. J., 319, 939−950, 1987.
  33. Harding A.K., Muslimov A.G. Pulsar X-ray and gamma-ray pulse profiles: constraint on obliquity and observer angles. Astrophys. J., 500, 862−872, 1998.
  34. Harrison E.R., Tademaru E., Acceleration of pulsars by asymmetric radiation. Astrophys.J., 201, 447−461, 1975.35. von Hoensbroech, A., Xilouris K. M. Effelsberg multifrequency pulsar polarimetry. Astron. and Astrophys. S.S., 126, 121−149, 1997.
  35. Hsian-Kuang Chang. Magnetic inverse Compton scattering above polar caps. Astron. and Astrophys., 301, 456−462, 1995.
  36. Jackson J.D. Classical electrodynamics. John Wiley & Sons, Inc. 1975.
  37. Jones P.B. Particle acceleration at the magnetic poles of a neutron star. MNRAS, 184, 807−823, 1978.
  38. Jones P.B. Density-Functional calculations of cohesive energy of condensed matter in very strong magnetic fields. Phys.Rev.Lett., 55, 1338−1340, 1985.
  39. H.C., Митрофанов И. Г., Новиков И. Д. Взаимодействие е±- с фотонами в магнитосферах нейтронных звезд. Астрон. журн., 61, 1113−1124, 1984.
  40. Н.П. Излучение фотонов и электронно-позитронных пар в магнитном поле. ЖЭТФ, 26, 19−34, 1954.
  41. Cramer М. et al. Origin of pulsar radio emission I. High frequency data. Astronomy and Astrophysics, 322, 846−856, 1997.
  42. Kuz’min A.D. In: The Magnetospheric Structure and Emission Mechanism of Radio Pulsars, IAU Colloq.128. Eds: Hankins Т., Rankin J., Gil. J. Zielona Gora, Poland: Pedagog. Univers. Press, 1992, p. 2.
  43. Kuz’min A.D., Losovskii B.Ya. Detection of the radio pulsar PSR J0633+1746 in Geminga. Astron. Letters, 23, 283−285, 1997.
  44. Л.Д., Лифшиц E.M. Теория поля. M.: Наука. 1975.
  45. Leahy D.A. X-ray pulsar profile analysis. MNRAS, 242, 188−193, 1990.
  46. Leahy D.A., Li L. Including the effect of gravitational light bending in X-ray profile modelling. MNRAS, 277, 1177−1184, 1995.
  47. Lyubarskii Y.E. A model for the energetic emission from pulsars. Astron. and Astrophys., 311, 172−178, 1996.
  48. Malofeev V.M., Malov O.I. Detection of Geminga as a radio pulsar. Nature, 389, 697−699, 1997.
  49. Manning R.A., Willmore A.P. ROSAT observation of PSR 0950+08. MNRAS, 266, 635, 1994.
  50. P., Тейлор Дж. Пульсары. М.:Мир. 1980.
  51. Massaro Е., Salvati М. Gamma-ray spectra expected from pulsars. Astron and Astrophys., 71, 51−54, 1979.
  52. Mayer-Hasselwander H.A., Bertch D.L., Brazier K.T.S. et al. High-energy gamma radiation from Geminga observed by EGRET. Astrophys. J., 421, 276−283, 1994.
  53. Meszaros P., Nagel W. X-ray pulsar models. II. Comptonized spectra and pulse shapes. Astrophys. J., 299, 138−153, 1985.
  54. А.Г., Цыган А. И. Электрические поля, генерируемые вращающейся нейтронной звездой в вакууме с учетом эффектов ОТО. Астрон. журн. 63, 958−964, 1986.
  55. А.Г., Цыган А. И. Влияние эффектов ОТО на электродинамику в области магнитных полюсов нейтронных звезд. Астрон. журн. 67, 263−273, 1990.
  56. Muslimov A.G., Tsygan A.I. In: The Magnetospheric Structure and Emission Mechanism of Radio Pulsars, IAU Colloq. 128. Eds: Hankins Т., Rankin J., Gil. J. Zielona Gora, Poland: Pedagog. Univers. Press, 1992, p. 248.
  57. Muslimov A.G., Tsygan A.I. General relativistic electric potential drops above polar caps. MNRAS, 255, 61−70, 1992.
  58. Muslimov A., Harding A.K. Toward the Quasi-Steady State Electrodynamics of a Neutron Star. Astrophys. J., 485, 735, 1997.
  59. Nel H. I-, Arzoumaian Z., Bailes M. et al. EGRET high-energy gamma-ray pulsar studies. III. A survey. Astrophys. J., 465, 898−906, 1996.
  60. Nel H.I., Arzoumaian Z., Bailes M. et al. EGRET high-energy gamma-ray pulsar studies. III. A survey. Astron. and Astrophys. S.S., 120, 89−93, 1996.
  61. Neuhauser D., Langanke K., Koonin S.E. Hartree-Fock calculations of atoms and molecular chains in strong magnetic fields. Phys.Rev., A33, 2084−2086, 1986.
  62. Neuhauser D., Koonin S.E., Langanke K. Structure of matter in strong megnetic fields. Phys.Rev., A36, 4163−4175, 1987.
  63. Л.М., Усов В. В. О природе гамма-излучения пульсаров. Астрон. журн., 54, 753−765, 1977.
  64. Ogelman Н., Finley J.P. ROSAT observations of pulsed soft X-ray emission from PSR 1055−52. Astrophys. J. Lett., 413, L31-L34, 1993.
  65. Ochelkov Yu. P., Usov V.V. Compton scattering of electromagnetic radiation in pulsar magnetospheres. Astrophys. Space Science, 96, 5581, 1983.
  66. Ochelkov Yu. P., Usov V.V. Curvature radiation of relativistic particles in the magnetosphere of pulsars. I: Theory. Astrophys. Space Science, 69, 439−460, 1980.
  67. Page D. Surface temperature of a magnetized neutron star and interpretation of the ROSAT data. 1: Dipole fields. Astrophys. J., 442, 273−285, 1995.
  68. Phillips J.A. The magnetic geometry and radio beam of PSR 1929+10. Astrophys. J. Lett., 361, L57-L60, 1990.
  69. Rankin J.M. Toward an empirical theory of pulsar emission. IV -Geometry of the core emission region. Astrophys. J., 352, 247−257,1990.
  70. Ravenhall D.G., Pethick C.J. Neutron star moments of inertia. Astrophys. J., 424, 846−851, 1994.
  71. Riffert H., Meszaros P. Gravitational light bending near neutron stars. I Emission from columns and hot spots. Astrophys. J., 325, 207−217, 1988.
  72. Rohrlich F. Classical charged particles. Addison-Wisley, 1965.
  73. Romani R.W., Yadigaroglu I.-A. Gamma-ray pulsars: Emission zones and viewing geometries. Astrophys. J., 438, 314−321, 1995.
  74. Rozental I.L., Usov V.V. Cascade processes in the surface layers of pulsars. Astrophys. Space Sci., 109, 365−371, 1985.
  75. Ruderman M.A., Sutherland P.G. Theory of pulsars Polar caps, sparks, and coherent microwave radiation. Astrophys. J., 196, 51−72, 1975.
  76. Salvati M., Massaro E. Gamma ray emission from pulsars. Astron and Astrophys., 67, 55−63, 1978.
  77. Shabad A.E., Usov V.V. Propagation of gamma-radiation in strong magnetic fields of pulsars. Astrophys. Space Sci., 102, 327, 1984.
  78. Shabad A.E., Usov V.V. Gamma-quanta capture by magnetic filed and pair creation suppression in pulsars. Nature, 295, 215, 1982.
  79. Scharlemann E. T., Arons J., Fawley W. M. Potential drops above pulsar polar caps Ultrarelativistic particle acceleration along the curvedmagnetic fieldro Potential drops above pulsar polar caps Astrophys. J., 222, 297−316, 1978.
  80. Stoneham R.J. Photon splitting in the magnetic vacuum. J. Phys., A12, 2187−2203, 1979.
  81. Sturrock P.A. Model of pulsars. Astrophys. J., 164, 529−556, 1971.
  82. Tademaru E. On the energy spectrum of relativistic electrons in the Crab nebula. Astrophys. J., 183, 625−636, 1973.
  83. Taylor J.H., Manchester R.N., Lyne A.G. Catalog of 558 pulsars. Astrophys. J. Suppl., 88, 529−568, 1993.
  84. Дж.Х. (мл). Двойные пульсары и релятивистская гравитация. УФН, 164, 757−765, 1994.
  85. Thompson D.J., Arzoumanian Z., Bertsch D.L. et al. Pulsed high-energy 7-rays from the radio pulsar PSR1706−44. Nature, 359, 615−616, 1992.
  86. Thompson D.J., Arzoumanian Z., Bertsch D.L. et al. EGRET high-energy gamma-rays pulsar studies. 1. Young spin-powered pulsars. Astrophys. J., 436, 229−238, 1994.
  87. Tsygan A.I. IAU Symposium No. 95 Eds: Sieber W., Wielebinski W.R.D. Reidel Publ. Сотр. 1980, p. 474.
  88. Tsygan A.I. Plasma acceleration by radiation in X-ray pulsars. Astrophysics and Space Science, 77, 187−195, 1981.
  89. Tsygan A.I. Electric fields of neutron stars. Astronomical and Astrophysical Transactions, 4, 225−234, 1994.
  90. В.В., Шабад А. Е. О распаде гамма-квантов изгибного излучения вблизи поверхности пульсаров. Письма в астрон. журн., 9, 401−404, 1983.
  91. P.A. Открытие двойного пульсара. УФН, 164, 743−757, 1994.
  92. А.И., Спруит X. Условия выключения радиопульсаров. Астрон. журн., 21, 877−880, 1995.
  93. А.И. Влияние сильного гравитационного поля на электрические поля нейтронных звезд. Письма в астрон. журн., 19, 665, 1993.
  94. А.И. Генерация электрон-позитронной плазмы в радиопульсарах. Препринт N737. Л.:ФТИ, 1981.
  95. С., Тьюколски С. Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды. М.: Мир, 1985.
  96. Wang F.Y.-H., Halpern J.P. ASCA observation of PSR 1929+10 and PSR 0950+08. Astrophys. J. Lett., 482, L159-L162, 1997.
  97. Yancopoulos S., Hamilton T.T., Helfand D.J. The detection of pulsed X-ray emission from a nearby radio pulsar. Astrophys. J., 429, 832−843, 1994.
Заполнить форму текущей работой

Сдать сессию!