三维动力学脉冲星磁层模型：与伽马射线观测的联系

我们提出了三维全局动力学脉冲星磁层模型，其中带电粒子轨迹和相应的电磁场进行自洽处理。为了进行研究，我们开发了一种包含辐射反作用力的笛卡尔三维相对论粒子模拟（PIC）代码。我们描述了该代码并讨论了相关的技术问题、处理方法和假设。通过将粒子注入到磁层中的远距离处，我们应用了从任意低到高的粒子注入率，并获得了从接近真空延迟偶极子解到接近无力解的完整解谱。对于高粒子注入率（接近FF解），显著的加速电场分量仅被限制在光柱外的赤道电流片附近。对模型的审慎解释允许计算粒子发射，从而推导出相应的真实高能天图和光谱。使用覆盖Fermi年轻和毫秒脉冲星自降功率整个范围的模型参数，我们将相应的模型 $\gamma$ 射线光变曲线、截止能量和总 $\gamma$ 射线光度与Fermi观测到的结果进行比较，发现了粒子注入率 $\mathcal{F}$ 对自降功率 $\dot{\mathcal{E}}$ 的依赖关系，表明 $\mathcal{F}$ 随 $\dot{\mathcal{E}}$ 增加。我们以Fermi观测为指导的模型提供的场结构和粒子分布不仅彼此一致，而且能够重现年轻和毫秒脉冲星广泛观测到的 $\gamma$ 射线现象学。