高能脉冲星中的磁能耗散与伽马射线辐射

一些能量最高的脉冲星在 $0.1$ 至 $100$ GeV 能段表现出自转调制的伽马射线辐射。该辐射的光度通常为脉冲星自转能损功率（伽马射线效率）的 $0.1\text{-}10\%$，这意味着可用电磁能的显著一部分在磁层中耗散并作为高能光子再辐射。为研究此现象，我们使用具有强同步辐射冷却的 3D 粒子模拟（particle-in-cell）来建模脉冲星磁层。我们特别关注发生磁重联与能量耗散的赤道电流片动力学。我们的模拟表明，在磁层电流片中耗散的自转能损功率的一部分由微观等离子体尺度上的磁重联速率控制，且仅依赖于脉冲星倾角。我们证明，加速正负电子对的最大能量与分布函数由电流片附近每粒子可用磁能（磁化参数）控制。等离子体的分布形状与范围印记于观测到的同步辐射发射中，特别是观测能谱的峰值与截断。我们研究同步辐射冷却强度如何影响观测到的能谱形状多样性。我们的结论自然解释了为何具有更高自转能损功率的脉冲星具有更宽的能谱形状，并因此具有更低的伽马射线效率。