强磁化旋转偶极子中的粒子加速与辐射反作用

删节版。中子星被超相对论性粒子包围，这些粒子被超强电磁场高效加速。然而迄今为止，尚无数值模拟能够处理如此极高洛伦兹因子与磁场强度的极端情形。本文旨在研究具有毫秒脉冲星、年轻脉冲星及磁星典型真实场强的旋转磁偶极子中的粒子加速与辐射反作用阻尼。为此，我们实现了一个精确的解析粒子推进器，在约化 Landau-Lifshitz 近似下包含辐射反作用，其中假设电磁场在单个时间步积分期间时间恒定且空间均匀。位置更新采用速度 Verlet 方法。我们针对时间无关的背景电磁场（如交叉电磁场中的电漂移，以及偶极子中的磁漂移和磁镜运动）广泛测试了我们的算法。最终，我们将其应用于真实的中子星环境。我们研究了毫秒脉冲星、年轻脉冲星和磁星周围注入的电子、质子和铁核的粒子加速及辐射反作用影响，并与无辐射反作用的情形进行比较。我们发现最大洛伦兹因子依赖于粒子种类，但仅弱依赖于中子星类型。电子达到高达 $\gamma_e \approx 10^8-10^9$ 的能量，而质子能量高达 $\gamma_p \approx 10^5-10^6$，铁核高达 $\gamma \approx 10^4-10^5$。质子和铁核不受辐射反作用影响，而电子被剧烈减速，其最大洛伦兹因子降低两个数量级。我们还发现，在几乎所有情况下，辐射反作用极限轨迹与约化 Landau-Lifshitz 近似相当吻合。