多波長光度曲線で探る
パルサー磁気圏構造
木坂 将大 (広島大学)	  	  共同研究者 小嶌 康史	

パルサー磁気圏構造	  ζ	 α	μ	

パルサー磁気圏のグローバルな構造に対し、	  放射領域がどこかなどまだよくわかっていない。	
パルサー磁気圏の概念図	  ・幅広い帯域でパルスが観測。	  
・星の回転エネルギーを変換。	  

Light	  cylinder	
The	  last-­‐open	  	  ﬁeld	  line	Null	  line	

Thompson	  (2003)	

電波	  可視光	  軟Ｘ線	  硬Ｘ線	  Dead	  zone	

γ線	  Crab	Vela	Geminga	パルサーの放射領域	  GeVの放射領域は外側に位置する。	  
Light	  cylinder	
The	  last-­‐open	  	  ﬁeld	  line	ζ	 α	μ	

GeV放射の特徴	  ・γ線パルサーの半分は電波で見えない。
・電波とγ線のピークは一致しない。	  
・スペクトルは指数関数的なカットオフ。	  

Null	  line	Polar	  cap	Outer	  gap	Dead	  zone	

Slot	  gap	Abdo	  et	  al.	  	  ApJ	  699	  L102	  (2009)	  	  Vela	
Abdo	  et	  al.	  	  ApJ	  713	  154	  (2010)	

光度曲線でパルサー磁気圏を探る	  GeVの放射は曲率放射。そのため、磁場が放射の	  方向を決める。また、はっきりしたパルスが見える	  ために放射領域は限定的と考えられる。	  
rnull:ヌルまでの距離	  仮定	  Rlc	  :光円柱半径	
・磁場構造：RotaTng	  dipole	  ・放射方向：粒子の運動に沿う方向	  ・放射効率：放射領域内で一様	  ・放射領域：the	  last	  open	  ﬁeld	  line上で、	  rnull	  <	  r	  <	  Rlc	  	  	  	  	  	  	  	  (outer	  gap)	  ζ	 α	rNS	  	  <	  r	  <	  0.75Rlc	  (slot	  gap)	  パラメーター	  μ	・傾き角α	  ・見込み角 ζ	  

光度曲線のモデル	

α=45°rov=1.0	ζ=0°	Sky	  map	

Rlc	
0	

ζ=90°	

0	Rlc	-­‐Rlc	位相Φ	強度	-­‐Rlc	μ	見込み角 ζ	・ピークの数	  ・ピークの間隔	  ・電波からのずれ	ζ	 α	

光度曲線	  (ζ=80°)	

Outer	  gap	  vs	  Slot	  gap	・ピークの数	

0	1	
2	
3	
4	・ピークの間隔、電波からのずれ	ζ	 α	μ	Outer	  gapを	  支持。よって	  今回はouter	  	  gapを考える	  Black：Outer	  gap	  Red,green:	  Slot	  gap	Wa`ers	  &	  Romani	  (2011)	

光度曲線の波長依存性	
ピークの位相の違い	  =	  放射領域の違い	  Vela	Fermi	  	  >0.1GeV	ζ	 α	ピークの位相は	  μ	波長に依存する。	  
よって、多波長の	  光度曲線を利用することで	  より広範囲の磁気圏構造を	  制限することが可能。	  
Abdo	  et	  al.	  (2010)	  ApJ	  706	  1331	  Abdo	  et	  al.	  (2009)	  ApJ	  696	  1084	

Outer	  gap	  modelの描像		  light	  cylinder	

NS	

Takata	  et	  al.	  (2004)	

Outer	  gap	  modelの描像	

ζ	 α	
μ	

Takata	  et	  al.	  (2008)の主張	  γ線：加速領域から外向きの曲率放射	  X線：加速領域から内、外向きのシンクロトロン放射	  UV/opTcal:	  加速領域外からのシンクロトロン放射	  加速領域からの放射	

加速領域外からの放射	TR*(out)	
TR*(in)	
MP*(in)	
SR*(out)	
SR*(in)	

CR(out)	

CR(in)	
SR(out)	 SR(in)	10-­‐8	  	  10-­‐6	  	  10-­‐4	  	  10-­‐2	  	  100	

10-­‐8	  	  10-­‐6	  	  10-­‐4	  	  10-­‐2	  	  100	エネルギー(GeV)	

Takata	  et	  al.(2008)	

放射領域の境界	ζ	 α	μ	

ほとんどの先行研究では放射領域を真空双極	  磁場での	  the	  last	  open	  ﬁeld	  line	  としていた。 	
もし電流があれば、light	  cylinder近傍では磁力線が開く。	  
するとthe	  ‘real’	  last-­‐open	  ﬁeld	  lineは、真空のものと比較	  して、より内側に存在しているだろう。	
The	  last-­‐open	  	  ﬁeld	  line	

The	  ‘pseudo’	  	  The	  ‘real’	  	  last-­‐open	  	   last-­‐open	  ﬁeld	  line	  	  	  ﬁeld	  line	  	  Light	  cylinderのごく近傍で	  なければ、真空の双極磁場に	  おける the	  last-­‐open	  ﬁeld	  line	  より内側の磁力線で代用する。	  
このため、放射領域の位置を	  パラメーターとして導入する。	  モデル	仮定	  ・磁場構造：RotaTng	  dipole	  ・放射方向：粒子の運動に沿う方向	  ・放射領域：rnull	  <	  r	  <	  Rlc	  (outward)	   rnull:ヌルまでの距離	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	   rs	  <	  r	  <	  3rnull	  (inward)	   Rlc	  :光円柱半径	・放射効率：放射領域内で一様。このため、ピーク	  の位置の再現性に焦点をあてる。	  	  パラメーター	  ・放射領域の位置 rovΞrpc/rpc,0	  ・傾き角α	  ・見込み角 ζ	  ζ	 α	μ	パラメーター	  ζ	 α	・星表面での半径の比 rovΞrpc/rpc,0	  ・傾き角 α	  ・見込み角 ζ	  rovは、どの高さの	  磁力線が放射に寄与	  するかを特徴づける。	

Open	   MagneTc	   r >1.0	ov	  axis	  zone	
rov	  <1.0	rov	  =1.0	rov	  =1.0	  	  the	  last-­‐open	  line	  Dead	  rov	  <1.0	  	  open	  zone	  zone	
rov	  >1.0	  	  dead	  zone	Surface	

rpc,0	μ	サンプル	ζ	 α	μ	

選考基準	  ・γ線、電波以外の波長でもパルスを検出。	  
・幾何学パラメーター(α,ζ)が制限されている。	  
(RVM,	  PWN	  ﬁong)	

ζ	 α	

観測との比較(1/2)	
Abdo	  et	  al.(2010)	

α~72°	  	  ζ~64°	  γ線	rov~1.05	Abdo	  et	  al.(2009)	

X線	
UV	

outward	

inward	観測との比較(2/2)	

SK	  &	  Kojima	  	   (A)	  J0835-­‐4510(Vela)	  	  (B)	  J0659+1414	  (2011)	
(C)	  J0205+6449	  (D)	  J2229+6114	  (E)	  J1420-­‐6048	  (F)	  J2021+3651	  (G)	  J1057-­‐5226	  ζ	 α	μ	統計的性質	ζ	 α	SK	  &	  Kojima	  (2011)	

μ	γ、X線の放射領域rovは	  傾き角αに依存する。	  
この傾向はForce-­‐free近似の	  シミュレーションにおける	  separatrix	  layer	  の傾向と同じ。	  
▼ ,▲:	  separatrix	  layer	  (rov,ﬀ=0.90,	  0.95)	

これまで使われていた関係	  (e.g.	  Wa`ers	  et	  al.	  2009)	

他のパラメーターとは	  あまり傾向を示さない	今後期待されること	ζ	 α	μ	

位相平均フラックスの	  比（Fγ/FX）はばらつく。	  

Marelli	  et	  al.	  (2011)	

γ線	

X線	

位相平均フラックスの	  比では異なる領域の	  比較になる可能性が	  ある。よって磁気圏の	  構造を探るには光度	  曲線が必要。	
例)	  J0659+1414	  Weltevrede	  et	  al.	  	  (2010)	

まとめ	ζ	 α	μ	・outer	  gap	  model	  は少なくとも多波長の光度曲線に	  現れるすべてのピークの位置に対応するコース	  ティクスを作ることが可能。	  	  ・放射領域の位置はforce-­‐free近似でのseparatrix	  	  layerに対応する傾向を示す。	  	  ・今後、X線と可視の光度曲線の観測が進めば、	  粒子数、加速電場の空間分布を制限することが	  期待できる。