束团膨胀作为脉冲星射电辐射的成因

由脉冲星磁层中级联过程产生的电子-正电子云（束团）所产生的电磁波，已被提出用于解释脉冲星射电辐射。为验证这一假设，我们首次利用粒子在胞(PIC)代码模拟，研究电子-正电子束团的非线性演化如何依赖于电子与正电子的相对漂移速度、初始等离子体温度以及束团间的初始距离。为此，我们采用了具有高阶场求解器和粒子权重因子的PIC代码ACRONYM，以恰当描述相对论性电子对等离子体。我们发现束团膨胀主要由电子-正电子相对漂移速度决定。有限漂移速度被发现会引发强电场的产生，其强度可达 $E \sim 7.5 \times 10^{5}$ V/cm ($E / (m_\mathrm{e} c \omega_\mathrm{p} e^{-1}) \sim 4.4$)，并伴随强烈的等离子体加热。结果，多达15%的初始动能转化为电场能量。假设电子与正电子分布相同，我们发现连续发射的束团中最快（在束团参考系中）的粒子最终在动量（速度）空间中重叠。这种重叠引发双流不稳定性，产生（静电）亚光速L模波，其电场振幅可达 $E \sim 1.9\times 10^{4}$ V/cm ($E / (m_\mathrm{e} c \omega_\mathrm{p} e^{-1}) \sim 0.11$)。我们发现电子-正电子束团的相互作用导致等离子体加热、强电场以及强烈的超光速L模波的生成，原则上这可以是观测到的脉冲星射电波段电磁辐射背后的机制。