具有电子 - 正电子放电的轴对称脉冲星磁层电动力学：一项数值实验

我们展示了首个具有运行中 $e^\pm$ 放电的脉冲星磁层的自洽全局模拟。我们专注于共转或反共转转子的简单构型。恒星从零（真空）状态自旋加速至高角速度，我们利用“粒子模拟”(particle-in-cell) 方法追踪其外部电磁场与等离子体粒子的耦合演化。等离子体磁层始于从恒星提取粒子；这些粒子被旋转感应电场加速，产生曲率辐射并点燃 $e^\pm$ 放电。我们追踪了系统数个自转周期的演化，时长超过达到准稳态所需的时间。我们的数值实验检验了此前关于脉冲星磁层中等离子体流和间隙的理论设想。我们首先考虑能够通过光子 - 光子碰撞在光柱以外产生电子对的转子。我们发现其磁层与此前获得的具有电流片和位于光柱附近的 Y 点的无力场解相似。磁层持续喷射 $e^\pm$ 对和离子。电子对产生由沿电流片的强电场维持。我们观测到来自电流片的强大曲率辐射和同步辐射，这与费米卫星对伽马射线脉冲星的观测一致。随后，我们研究了仅能在中子星附近强场区域（远在光柱内部）产生电子对的脉冲星。我们发现，无论放电电压如何，共转和反共转转子均弛豫至电子对产生和电流受抑制的“死亡”状态。