パルサー磁気圏における粒子加速、高エネルギー放射-Crab pulsar2006. 12/25-27 理論懇@立教大〇高田 順平 (TIARA, 台湾)
1, Introduction; Crab pulsar
2, High energy (optical-GeV)
emission model
3, 計算 & 結果

H.-K. Chang (清華大学/TIARA)
K.S. Cheng (香港大学)
柴田 晋平 (山形大学）

1,Introduction

γ-ray emissions from the pulsars

Geminga

VelaCrab1,Introduction

The Crab pulsar （回転周期~33ms)
SED
0.1-2.4keV

315-745keV

0.4-10keV

0.75-10MeV

20-100keV

1030MeV

100-315keV>30MeV

1eVzz

1keV

1MeV

1GeV

同じ領域でoptical-ガンマ線が放射されている。
Crabパルサー磁気圏のどこで放射されているかは解明されていない。

One peoriod

1,Introduction

Crab optical polarization
・OPTIMA によるoptical pulse の偏光
面偏光度

linear偏光の観測 (Kanbach et al.
2005)
・パルス位相で、大きい偏光面のswing と、パルス間で約10%偏光
度

180°
~10%

1,偏光の観測は観測パラメー
ターの数を２つ増やす
2,粒子加速、放射モデルに大きな制限を加える

1,Introduction

Particle acceleration
パルサー磁気圏はプラズマで満ちている
z 大部分でforce-free条件が成り立っている
z−−−eP.C.
Nlul

中性子星

ru
scaf+ ++O.G+

last-open line〜1000km

Light cylinderΩ

一部の領域()で磁力線に沿った電場成分での粒子加速z Outer-gap 領域(high-energyemission 領域？）z1,Introduction

目的
光度曲線、スペクトル、偏光を説明する放射モデルを確立する
z 加速領域、放射領域はどのように広がってるのか？
z Opticalからγ線までの放射メカニズムは？

1, 2-D electrodynamical study
2, 3-D geometrical study

2, High energy emission model2-D electrodynamical model・Poisson eq. of accelerating field・Continuity eq. of e- and e+

J=0
J=0.3JGJ
J=0.4JGJ・曲率輻射
・photon-photon 対生成過程
・Inner boundary imposed both theDirichelt and the Neumann-conditions

lsluecfaruntraditional gap geometry

Radius in units of light radius(Takata et al., 2006 MNRAS)

2, High energy emission model2-D electrodynamical model
SEDVela パルサー

1GeV
加速粒子(Γ~107)の曲率輻射のSED(Takata et al., 2006 MNRAS)

2, High energy emission model

3-D geometrical model the Crab pulsar
zz

Gapの３次元幾何学と電場構造を仮定して、曲率輻射を計算。
２次、３次pairsからのsynchrotron-inverse Compton
放射を計算 (p~2を仮定)
ースペクトルー光度曲線ー偏光放射（synchrotron)z

方向は粒子の運動方向(Γ~103)
磁力線に沿った＋ gyration ＋共回転

star

Outergap
３次曲率輻射２次(10GeV) Outer gap

3-D geometrical model;
Photon mapping
磁力線に沿った＋ gyration ＋共回転 •Aberration•Flight path3-D surface of last open lines
Line of sightSouth pole

North pole
1 phaseResults スペクトル
SED

Total (Sync.+I.C.)
Sync.
I.C.

1eV

1KeV

1MeV

1GeV

Results:
light curve and polarization
Optical
３次

neuronstar

Ou
ter

２次
gap

1eV

偏光面
偏光度~10%~10%

Takata et al. 2007 ApJ, in pressまとめ
2-D electrodynamicalも用いて、粒子加速領域は星表面近傍から光半径近くまで広がることを示した。
z 3-D geometrical modelを用いて、Crab パルサーの光度曲線、スペクトル、偏光の計算を行った。
z 2次、３次粒子からのシンクロトロン-逆コンプトンで、スペクトル、光度曲線を説明することができる。
z Outer gap の幾何学は（可視光で）偏光の観測を説明することができる。
z 偏光は放射機構、放射領域の詳細な情報を含んでいる。将来の軟X線から軟γ線領域における偏光の観測は、パルサーのみならず、高エネルギー天体を加速、放射の物理の解明に役立つはずである。
zIn the futurez 偏光観測が高エネルギー天文学を探る新しいツールになるかもしれない。
-AXP (2-10keV; Advanced X-ray Polarimeter)-POGO (25-200keV; POlarized Gamma Ray Observer-NCT (0.2-10MeV; Nuclear Compton Telescope)-MEGA (0.4-5MeV; Medium Energy GAmma-raytelescope)Calculation method of the linear
polarization （基本方程式）
3-D 放射領域（last-open line付近に方位方向に2π)、ピッチアングルを仮定
z 各地点での放射方向[=particle(Γ~103) motion direction]z磁力線に沿った＋ gyration ＋共回転z

シンクロトロン放射の偏光面←天空面上に投影された加速度ベクトルz

偏光度p~2; power law index
of particle distribution

回転軸•Emission direction(aberration,flight path)

観測者•Observed the Stokes parameters•Polarization degree•Model parameter

1, inclination angle
2, viewing angle•Polarization position angle