一种穿越弯曲光速面的改进算法：弯曲时空下快速旋转脉冲星磁层
高能天体物理现象
2018-07-18 v1
摘要
中子星（NS）的无作用力、稳态、轴对称磁层结构由Grad-Shafranov（GS）方程支配，该方程为二阶微分方程，但在光速面（LS）上退化为一阶。数值求解GS方程的关键在于使磁力线平滑穿越LS，而在平直时空中穿越直LS已是研究透彻的问题。但当存在弯曲LS时（例如弯曲时空下），由于不存在与之适配的计算网格，数值算法实现变得复杂。我们提出通过引入一个新坐标系来规避这一网格-LS失配问题，使得在该坐标系中LS为一条直线。作为一个应用，我们详细研究了快速旋转脉冲星磁层结构中的广义相对论（GR）效应，其中LS向中心NS弯曲。我们将GR效应拆分为曲率效应和拖曳参考系效应两部分；度量各自效应并考察它们对嵌入于共轴偶极与多极磁场中脉冲星的NS质量和角速度的依赖关系。定性而言，我们发现曲率效应使NS附近的磁力线紧致化，从而减小开放磁通量与Poynting光度，而拖曳参考系效应在磁层构形中贡献较小，但在增强类空电流产生方面起作用。
引用
@article{arxiv.1806.09779,
title = {An Improved Algorithm for Crossing Curved Light Surfaces: rapidly rotating pulsar magnetospheres in curved spacetime},
author = {Lei Huang and Zhen Pan and Cong Yu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.09779},
year = {2018}
}
备注
11 pages, 9 figures, accepted by MNRAS