Transcript В.С.Бескин
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 Wtot = IU. Коллимация Ускорение частиц Параметр замагниченности s (максимально возможный лоренц-фактор) rF = RLs1/3 PSR AGN GRB YSO 103 -105 ??? 102-104 10-3-10-7 i0 = s -1/3 , vinf = cs 1/3 Параметр множественности l PSR AGNs GRBs 103-105 ??? 1013-1014 Таблица 1. Параметры центральной машины радиопульсары Вращающаяся нейтронная звезда работает как униполярный индуктор, теряя энергию вращения за счет электрических токов, текущих в магнитосфере Торможение радиопульсаров 2 R0 2 W ~ B0 R0 c c 2 Для величин, характерных для радиопульсаров • • • магнитное поле B0 ~1012 Гаусс радиус нейтронной звезды R ~ 106 см период P ~ 1 c полное энерговыделение W ~ 1031 – 1033 эрг/c близко к наблюдаемому Ir W dW/dt Торможение радиопульсаров 1. Замедление вращения нейтронной звезды осуществляется за счет силы Ампера FA = (1/c) Js x B поверхностных токов, замыкающих объемные токи, текущие в магнитосфере. 2. В пределах светового цилиндра поток энергии связан с потоком вектора Пойнтинга S = (c/4p) E x B Ортогональный ротатор – энергетические потери В.С.Бескин, А.В.Гуревич, Я.Н.Истомин, ЖЭТФ, 85, 235 (1983) q i A = j|| / GJ c Ортогональный ротатор – энергетические потери A.Spitkovsky, ApJ Lett., 648, L51 (2006) W tot 1 B R 2 0 4 4 c 3 6 1 sin 2 В.С.Бескин, А.В.Гуревич, Я.Н.Истомин, ЖЭТФ, 85, 235 (1983) В.С.Бескин, А.В.Гуревич, Я.Н.Истомин, ЖЭТФ, 85, 235 (1983) Решение Спитковского, = 60o 1000 500 100 50 10 220. 240. 260. 280. 300. 320. 340. 360. Для обычных пульсаров Продольный асимметричный ток должен в 10000 (!!!) 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 dr ~ RL/l Ускорение частиц за счет движения перпендикулярно магнитным поверхностям Ускорение вплоть до g~s Предсказание Изображение f = -20 AGNs • Магнитные поля вблизи rg • Плотная сердцевина Вне светового цилиндра магнитные силовые линии экватор не пересекают S.Koide, Phys. Rev. D., 67, 104010 (2003) S.S. Komissarov, MNRAS, 359, 801 (2005) McKinney J.C., Tchekhovskoy A., Blandford R. D. MNRAS, 423, 3083 (2012) 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 ~ 0. После преобразований S /c Rc = 1 4p Bj - E 2 2 1 4p Bp 2 Если можно пренебречь кривизной Rc, то тогда B2j- E2 ~ B2j/ g2 и B2j = x2 B2p , и мы имеем g=x Роль кривизны S /c Rc = 1 4p Bj - E 2 2 1 4p B 2 p Если же кривизной Rc пренебречь нельзя, то S ~ (c/4p)B2j, и, пренебрегая последним слагаемым (Beskin, Zakamska, Sol, 347, 587, 2004) g = (Rc 1/2 /v) Еще одно замечательное свойство Для обеих асимптотик (если только нет насыщения, т.е. g < s ) gq~1 Наблюдения дают 0.1 Central core rcore = ginRL Bmin = B(RL)/sgin , Ycore = (gin/s) Y0 Bext B Bmin ginRL r Yu.Lyubarsky, ApJ, 698, 1570, 2009 V.S.Beskin, E.E.Nokhrina, MNRAS, 397, 1486, 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.