Numerical models of magnetospheres for strongly magnetized neutron stars
Creators: name: Ανδρέα, Μαρία Σωκράτη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Αστέρας Νετρονίων
Μαγνητόσφαιρα
Αριθμητικά Μοντέλα
Neutron Star
Magnetosphere
Numerical Models

description: Κατασκευάζουμε μοντέλα υδρομαγνητικής ισορροπίας Αστέρων Νετρονίων για μη– μηδενική κατανομή ηλεκτρικού ρεύματος στο εξωτερικό τους. Η ενδιαφέρουσα πλευρά των μοντέλων αυτών, είναι πως το εσωτερικό πεδίο του αστέρα νετρονίων βρίσκεται σε ισορροπία με την μαγνητόσφαιρά του, σε αντίθεση με προηγούμενες εργασίες οι οποίες επέλυαν είτε το εσωτερικό υποθέτοντας κενό εξωτερικό, είτε τη μαγνητόσφαιρα χωρίς να λάβουν υπόψη τον ίδιο τον αστέρα. Τέτοιες εντός-εκτός μαγνητόσφαιρες, έχουν κατασκευαστεί πρόσφατα για πολυτροπικές καταστατικές εξισώσεις και εμείς γενικεύουμε τη μελέτη σε καταστατικές εξισώσεις υπό μορφή πινάκων. Σε αυτό το πλαίσιο υιοθετούνται κάποιες υποθέσεις: λαμβάνουμε υπόψη μόνο μη περιστρεφόμενους αστέρες, έτσι ώστε οι λύσεις να είναι εφαρμόσιμες σε αστέρες χαμηλής περιστροφής, όπως οι magnetars. Επίσης, η κατανομή της ύλης και του μαγνητικού πεδίου είναι αξονικά συμμετρικές ως προς τον άξονα z. Στο μαγνητικό πεδίο συμπεριλαμβάνονται πολοειδείς και τοροειδείς συνιστώσες. Αρχικά, ερευνούμε ακολουθίες ισορροπίας χρησιμοποιώντας πολυτροπική καταστατική εξίσωση και τέσσερις διαφορετικές κατανομές ηλεκτρικού ρεύματος. Έπειτα, η καταστατική εξίσωση αντικαθίσταται από ρεαλιστικούς πίνακες. Ερευνάται η επίδραση της επιλογής των καταστατικών εξισώσεων στη δομή του μαγνητικού πεδίου και οι εντός-εκτός διαμορφώσεις συγκρίνονται με την περίπτωση του κενού εξωτερικού. Επίσης, ερευνούμε την επίδραση των διαφορετικών διαμορφώσεων του μαγνητικού πεδίου και των καταστατικών εξισώσεων στην ταχύτητα Alfven, στο εσωτερικό του αστέρα, η οποία αποτελεί ένα πολύ σημαντικό μέγεθος σε θεωρητικά μοντέλα για την ερμηνεία μαγνητο-ελαστικών, ημι-περιοδικών ταλαντώσεων στους magnetars.
description: We construct hydromagnetic neutron star equilibrium models for non-zero electric current distribution in the exterior. The interesting aspect of these models is that the neutron star’s interior field is in equilibrium with its magnetosphere, in contrast to previous work which either solves the interior assuming a vacuum exterior or the magnetosphere without considering the star itself. Such inside-out magnetospheres have been constructed recently for polytropic equations of state and we generalize the study to tabulated equations of state. In this framework some assumptions are adopted: we take into account only nonrotating stars, so that the solutions are applicable to slowly-rotating stars, such as magnetars. Also, the matter and magnetic field distributions are axisymmetric around the z-axis. Both toroidal and poloidal components are included in the magnetic field. At first, we investigate equilibrium sequences using a polytropic equation of state and four different electric current distributions. Then, the equation of state is replaced by realistic tables. The effect of the choice of EOSs on the magnetic field structure is investigated and the inside-out configurations are compared to the case of a vacuum exterior. We also investigate the effect of different magnetic field configurations and equations of state on the Alfv'en speed in the interior, which is an important quantity in theoretical models for explaining magneto-elastic quasi-periodic oscillations in magnetars.