Gamma-Ray Pulsar Light Curves in Vacuum and Force-Free Geometry
最近的研究表明，伽玛射线脉冲星光变曲线对脉冲星磁场的几何形状非常敏感。脉冲星磁场的几何形状，如延迟真空偶极子和无力磁层有扭曲的极帽，是偏离磁轴的方向相反的旋转。由于这种效应是由于轻圆柱附近的磁力线后掠，偏移极帽是脉冲星磁层的一个通用属性，其影响应包括在伽玛射线脉冲星光变曲线建模。在槽隙模型（具有两极焦散几何形状）中，偏置极帽导致围绕磁轴的粒子加速度的强烈方位不对称。我们研究了延迟真空偶极子和无力几何中极帽的偏移对模型高能脉冲轮廓的影响。我们发现，来自对称帽的配置文件相比，在脉冲峰值，这是沿拖尾磁场线形成的焦散线的通量，增加显着相对于非峰值发射，沿领先的场线形成。增强的对比度产生改进的缝隙间隙模型适合费米脉冲星的光变曲线，如船帆座，与真空偶极拟合更有利。
2011-11-03 astro-ph.HE
1D Vlasov Simulations of QED Cascades Over Pulsar Polar Caps
本文提出基于Vlasov方法的一维模拟代码，高效研究脉冲星极冠QED正负电子对级联，揭示准周期间隙形成与对产生爆发及其对相干射电辐射的潜在贡献。
2025-07-21 astro-ph.HE
Inclined Pulsar Magnetospheres in General Relativity: Polar Caps for the Dipole, Quadrudipole and Beyond
在脉冲星的正则模型中，旋转能量通过两个电路通过周围的等离子体传输，每个电路都连接到称为“极帽”的小区域上的恒星。“对于偶极磁化的恒星，极帽与磁极重合（因此得名），但一般来说，它们可以出现在任何地方，并采取任何形状。鉴于它们对大多数脉冲星发射模型（从无线电到X射线到风）的至关重要性，我们开发了一种用于确定极冠属性的通用技术。我们考虑一个完全导电的恒星周围的无力磁层，并包括广义相对论的影响。使用相结合的数值分析技术，利用旋转速率作为一个小参数，我们推导出一个通用的分析公式的极帽形状和电荷电流分布的恒星质量，半径，旋转速率，转动惯量，和磁场的函数。我们目前的结果偶极和四偶极场（叠加偶极和四极）相对于旋转轴倾斜。倾斜偶极极冠的结果是第一个包含广义相对论的结果，它们证实了广义相对论在脉冲星问题中的重要作用。四偶极脉冲星说明了薄环形极冠的现象。更一般地说，我们的方法奠定了一个基础，详细的建模脉冲星发射与现实的磁场。
2017-12-31 astro-ph.HE gr-qc
Pulsar Pair Cascades in Magnetic Fields with Offset Polar Caps
中子星的磁场可能有极帽（PC），通过磁力线扫回附近的轻圆柱或非对称电流的明星是从偶极轴偏移。这种偏移对电子-正电子对级联的影响进行了研究，使用简单的模型的偶极磁场与小的扭曲，改变PC的不同数量或方向。使用蒙特卡罗对级联模拟，我们探索的变化对光谱，多重性和能量通量在整个PC，以及对流量和对能量通量的趋势与自旋下的光度，L_{sd}。我们也给出了不同偏移量的返回正电子在PC上的热通量分布的估计。我们发现，即使是适度的偏移可以产生显着的增加对多重性，特别是对于附近或超出对死亡线为中心的PC，主要是因为更高的加速领域的EQUIARS。对光谱覆盖几十年的能量，与光谱范围的毫秒双星（MSP）的两个数量级高于正常的双星，和PC偏移允许显着扩展的所有光谱较低的对能量。我们发现PC对总光度L_{pair}与L_{sd}成正比，正常人的L_{pair}为L_{pair} ~ 10^{-3} L_{sd}，MSP的L_{pair}为L_{pair} ~ 10^{-2} L_{sd}.值得注意的是，即使是大偏移量的总PC加热光度增加了不到两倍，即使PC面积增加了更大的因素，因为大多数加热发生在磁轴附近。
2011-11-07 astro-ph.HE
Coherence of Multi-Dimensional Pair Production Discharges in Polar Caps of Pulsars
本文首次通过自洽多维PIC模拟研究了脉冲星极冠区的非均匀对放电，发现跨磁场线的放电相干尺度约为间隙高度，且放电填满整个极冠区，从而反驳了“火花”模型关于存在孤立放电柱的关键假设。
2024-09-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Polarized QED Cascades over Pulsar Polar Caps
本文研究脉冲星极冠QED级联中的光子偏振效应，采用Monte Carlo QED算法结合单粒子和PIC模拟，发现CR光子高线性偏振而SR光子弱偏振，且CR光子偏振使$e^\pm$对产生增加约5%。
2024-04-28 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron-positron pair production by gamma rays in an anisotropic flux of soft photons, and application to pulsar polar caps
从脉冲星物理的应用角度研究了光子碰撞产生的电子-正电子对。我们计算了单个γ射线光子的吸收率，由任意各向异性分布的软光子，和能量和角谱的出射轻子。在1 mc 2 /E > /E的近似下，我们解析地计算了γ射线和软光子的最大能量E，mc 2为电子的质量能量.我们在这些小参数的领先秩序的结果。为了实用的目的，我们提供了表达式的形式洛朗级数，给出正确的反应速率在各向同性的情况下，平均误差为$\sim$ 7%。我们应用这种形式主义的伽玛射线向下或向上飞行的热中子星热辐射在10 6 K的均匀温度。其他温度可以很容易地推导出使用相关的标度定律。我们发现这两个极端方向之间的吸收差异几乎有两个数量级，远远大于我们的误差估计。磁层对向下的伽马射线完全不透明，而向上的伽马射线有高达$\sim$ 10%的机会被吸收。我们提供了向上和向下的伽马射线的能量和角谱。能谱显示出典型的双峰，在较大的伽马射线能量下具有较大的分离。角谱非常窄，随着伽马射线能量的增加，开角范围从10 - 3到10 - 7弧度。
2017-10-11 astro-ph.HE
Dead zone in the polar-cap accelerator of pulsars
我们研究了脉冲星极冠上方的等离子体流动，采用等离子体粒子在自洽电场中的随时间变化的模拟。流动行为由无量纲参数α =（j/c rho_GJ）控制，其中j是电流密度，rho_GJ是Goldreich-Julian电荷密度。极冠的0<alpha<1的区域是一个“死区”-在这个区域，粒子加速效率很低，即使是年轻的、快速旋转的恒星也不会产生对。在自转轴附近具有极冠的脉冲星，其射电辐射具有空心锥结构，因为死区占据了极冠的中心部分。我们的结果适用于电荷分离的电子流（j<0）或离子流（j>0）。在后一种情况下，我们考虑的可能性，由不同的离子种类的混合流，并观察两个流的不稳定性的发展。极帽的死区对于零面rho_GJ=0附近的外隙的发展是必不可少的。
2012-11-07 astro-ph.HE
On Energy- Angular Momentum- Loss and Pulsar Spark Gaps
中子星的自旋下降使脉冲星的能量和角动量（E/L）损失达到平衡。这转化为对发射区域的约束。E/L平衡在鉴别伽马射线产生的模型中可能是有说服力的。因此，需要在极冠释放整个光度的模型应该被排除在外。此外，辐射区在光速半径内的模型也有一些困难。有人认为，当地的E/L的不平衡，应产生全球的磁层不稳定性，可能淬火的排放在极冠。
2010-11-30 astro-ph.HE
The pulsar synchrotron: coherent radio emission
我们提出了一个简单的物理图片的相干无线电发射的轴对称脉冲星磁层，这是完全不同的无线电发射来自磁极帽的典型范例的产生。在这第一篇论文中，我们只考虑轴对称的情况下，一个对齐的转子。我们的图片利用了磁层的MHD表示的一个重要元素，即共转闭合线区域（“死区”）和起源于极冠的开放场线之间的分界线。沿着分界线流动的返回电流对应于从极冠发出的主磁层电流。穿过分界线，磁场的环向分量和极向分量都不连续地变化。极向分量的不连续性要求存在一个显著的环形电流，而这一点至今尚未得到解释。我们估计了这个环形电流在闭合线区域尖端的位置和厚度，并表明它由与洛伦兹因子在10^5量级上共转的电子（正电子）组成，发射出非相干的同步辐射，在硬X射线中达到峰值。这些粒子停留在接近赤道的环形电流最高的区域，路径长度为一米。我们提出，在与该路径长度相当的波长处，粒子发射相干辐射，辐射功率与N^2成正比，其中N是上述路径长度中的粒子总数。我们计算了在这个波长范围内的总射电功率及其与脉冲星周期和恒星磁场的比例关系，并表明它与基于观测的射电光度估计是一致的。
2009-03-04 astro-ph.HE
Electron-positron bremsstrahlung and pair creation in very high magnetic fields
为了研究自旋与极性磁通量密度反平行的质子在极帽上的光生，计算了极高磁场下的卢瑟福散射截面、库仑韧致辐射截面和电子对产生截面.在很高的磁场的朗道-Pomeranchuk-Migdal效应被包含在一个简单的电子格林函数。
2010-08-04 astro-ph.HE
Radio-frequency microstructure and polarization in ion-proton pulsars
它示出的离子-质子极帽固有的时间可变性自然导致增长的朗缪尔模式上的窄束的磁通量线和所观察到的微脉冲的大小是一致的，最小的这样的束，可以crossably支持的模式的增长。积分剖面的偏振被重新审视，具体地说，π/2位置角跳跃，经常观察到伴随着零偏振。事实上，离子质子极冠以上发射的辐射是不切向的本地通量线，但有一个有限的角分布证明是理解这种现象的本质是一个约束的形状极冠。原则上，如果单个脉冲中极冠离子-质子区域的形式满足这里解释的某些条件，也应该看到这种行为。
2017-03-24 astro-ph.HE
Circular polarization shows the nature of pulsar magnetosphere composition
在以往的文献中，人们认为在具有正的极帽共转电荷密度的中子星的极帽处会形成离子-质子等离子体。本论文不提供一个理论的发展湍流的不稳定朗缪尔模式，在向外加速等离子体中的增长，但试图描述在定性方面的因素有关的偏振辐射的频率低于1 - 10 GHz的发射。Karastergiou和Johnston的工作在这方面特别重要，因为它在对17个等离子体的轮廓的高分辨率测量中表明，等离子体的O-和E-模式之间的相对相位延迟不大于π的数量级。如果辐射源位于低海拔，正如最近的观测所支持的那样，这种量级的延迟只可能存在于重子质量粒子的等离子体中。
2015-11-10 astro-ph.HE
Uncertainties of Modeling Gamma-Ray Pulsar Light Curves with Vacuum Dipole Magnetic Field
目前的脉冲星伽玛射线辐射模型使用真空中旋转偶极子的磁场作为充满等离子体的脉冲星磁层形状的第一近似。在本文中，我们重新审视的问题，伽玛射线光变曲线的形成，以确定的“两极焦散”（TPC）和“外间隙”（OG）模型的基础上的真空磁场的鲁棒性。我们指出了一个不一致的文献中使用的相对论性的像差公式，在几个作品中的真空场被视为已知的瞬时共转框架，而不是在实验室的框架。用修正后的公式，我们发现用真空场的TPC模型预测的光变曲线中的峰不那么尖锐。OG模型中峰的锐度受此变化的影响较小，但导致双峰光变曲线的磁倾角和观察几何形状的范围减小。在实际磁层中，由于等离子体效应引起的光柱附近场结构的改变可能会改变极帽的形状和发射区的位置。我们研究了光变曲线对静态和延迟真空偶极场的不同极帽形状的敏感性。特别是，我们认为极冠跟踪的最后一个开放的领域线，并比较它们的圆形极冠。我们发现TPC模型对极帽的形状非常敏感，圆形的极帽可以导致四个发射峰。OG模型受极帽形状的影响较小，但在光柱附近施加真空场时存在较大的不确定性。结果表明，偏离真空场会导致脉冲波形的较大不确定性，在脉冲星高能辐射研究中应采用更符合实际的无力场。
2010-04-11 astro-ph.HE
Nulls subpulse drift and mode-switching in pulsars: the polar-cap surface
到目前为止，很少有人注意到观察到的人口之间的两个自旋方向的双星，是可能的分工。几乎所有在极冠具有正共转电荷密度的恒星都满足空间电荷限制流边界条件。在运动离子中通过黑体光电跃迁的电荷分离限制了加速电势，类似于更通常考虑的对产生。但限制是更严重的，使质子和离子的能量可以是相对论的，但不是超相对论的，这些允许增长的朗缪尔模式诱导的湍流，直接耦合到辐射场，所示的Asseo，Pelletier和溶胶。这一点的后果，以及几种可能的物理状态的极冠，定性地描述，作为可能的解释零点，子脉冲漂移和模式切换的复杂现象中观察到的子组的pectiars。
2012-04-20 astro-ph.HE
Hybrid Numerical Simulations of Pulsar Magnetospheres
我们继续研究脉冲星赤道电流片（ECS）中的粒子加速，该研究始于Contopoulos（2019）和Contopoulos & Stefanou（2019）。我们的基本前提是，电流片中的载流子以电子-正电子对的形式起源于极冠，并沿着磁力线进入磁层Y点以外的赤道电流片。在这项工作中，我们进一步调查的ECS的电荷补充。我们发现从极帽边缘流出的电子对不能同时提供ECS的电荷和电流。ECS必须包含额外数量的正子（或电子，取决于方向）电流，它起源于恒星表面，沿着分界线向外流动。我们开发了一个迭代的混合方法，自洽地结合了理想的力免费电动力学在大部分的磁层粒子加速沿ECS。我们推导出解析近似的粒子的轨道，并获得的结构的脉冲星磁层的对形成的多重参数κ的各种值。当实际值kappa >> 1时，磁层实际上与理想的无力磁层没有区别，因此，高能辐射谱的计算必须基于ECS中加速电场分布的解析近似。
2019-11-25 astro-ph.HE
On the polar cap cascade pair multiplicity of young pulsars
我们研究了在各种条件下年轻脉冲星极帽中电子对的产生效率，以估计脉冲星磁层中电子对等离子体的最大可能多重数。我们开发了一个半解析模型计算的级联多重性，它允许有效的探索参数空间，并证实它与直接的数值模拟。为了评估影响级联效率的不同因素，对创建过程被认为是分开的粒子加速，与最近的自洽非稳态模型对级联描述的初级粒子的加速。我们认为，最有效的级联工作在曲率辐射/同步加速器制度，在脉冲星磁层对等离子体的最大多重数是~几个× 10^5。年轻高能脉冲星磁层中的等离子体对多重数与磁场强度和磁场线的曲率半径的关系很弱，而与脉冲星倾角的关系较强。这一结果对脉冲星风星云理论中关于等离子体对多重性很高的假设提出了质疑。
2018-03-23 astro-ph.HE
A multi-component Langmuir-mode source for the observed pulsar coherent emission
有几类中子星是频率在10^2 - 10^3 MHz的相干发射源，其他的则是无线电宁静的。初级发射谱在自转周期和极帽磁通量密度的多个数量级上具有广泛的普适性。在某些射电大射电望远镜中存在的零点和模式变化只能被理解为磁球双稳态的一种表现。一个离子质子等离子体与可能的背景的电子-正电子对形成在极冠的恒星具有积极的共转电荷密度，并在这里示出的相干发射的存在或不存在的物理基础和一个可能的原因，为什么双稳态可能存在于脉冲星寿命的后期阶段。
2015-04-08 astro-ph.HE
Pulsar Magnetospheres: Beyond the Flat Spacetime Dipole
大多数关于脉冲星磁层的研究都假设在平坦时空中存在一个纯磁偶极子。然而，最近的工作表明，广义相对论的影响实际上是至关重要的，现实的脉冲星磁场将有一个显着的非偶极分量。本文介绍了一种研究任意磁场、质量、半径和转动惯量的慢转恒星的轴对称无力磁层的一般分析方法，包括了广义相对论的所有效应。我们确认，类空电流是一般存在于极冠（建议对生产区），无论恒星磁场。我们表明，广义相对论介绍了一个~60%的修正公式的偶极分量的表面磁场推断自旋下降。最后，我们表明，极帽的位置和形状可以显着修改，甚至适度强的高阶矩。这可能会影响恒星附近发生的发射过程，并可能有助于解释毫秒双星的光束特征。
2016-12-20 astro-ph.HE gr-qc
The Nearest Millisecond Pulsar Revisited with XMM-Newton: Improved Mass-Radius Constraints for PSR J0437-4715
本文分析了一颗射电毫秒脉冲星（MSP）的最深X射线曝光量，并利用X射线多牛顿欧洲光子成像相机对已知最近的MSP PSR J 0437 - 4715进行了光谱和定时观测。定时数据清楚地揭示了在旋转相位中从主脉冲偏移$\sim$ 0.55的次级宽X射线脉冲。在中子星的热极冠表面热辐射模型的背景下，这可以用一个明显偏离恒星中心的磁偶极子场来解释。这样的偏移，如果在MSP中很常见，对脉冲星人口，高能脉冲发射，以及脉冲星对宇宙射线正电子的贡献的研究具有重要意义。连续辐射显示至少有三个热成分的证据，最热的辐射最有可能来自热磁极帽和冷却器的发射从大部分的表面。本文介绍PSR J 0437 - 4715的脉冲相位分辨X射线光谱学，它首次正确地解释了射电脉冲星的系统几何结构。这种方法是必不可少的无偏测量的温度和发射面积的极地冠辐射的恒星。热脉冲的详细模型，包括相对论和大气效应，提供了一个约束的红移校正的中子星半径R>11.1公里（在3西格玛conf.）目前的无线电定时质量测量为1.76 M_sun。这个极限有利于“刚性”状态方程。
2012-11-26 astro-ph.HE nucl-th
Pulsar Nulling and Vacuum Radio Emission from Axion Clouds
本文研究脉冲星极盖周围引力束缚轴子云与磁层电动力学的耦合，说明轻轴子可导致周期性射电消零，而较重轴子可通过真空非相干振荡产生窄射电谱线。
2024-09-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
