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由流不稳定性精炼脉冲星射电辐射:广参数区间下的线性理论与PIC模拟

高能天体物理现象 2021-06-02 v2 等离子体物理

摘要

若干解释相干脉冲星射电辐射的重要机制依赖于脉冲星磁层中相对论性正负电子对的流(或束)不稳定性。然而,仅凭流不稳定性是否足以解释观测到的相干射电辐射仍不清楚。由于脉冲星磁层中存在相对论性条件,动力学不稳定性可能被抑制。此外,特定模型相关参数的不确定性阻碍了关于此问题的结论。我们旨在约束流不稳定性可能导致脉冲星射电辐射的可能参数范围,重点关注强束与弱束模型的过渡、束漂移速度,以及束和背景等离子体组分的温度依赖关系。我们以比以往研究更一般的方式求解适用于脉冲星条件的相对论性动力学色散关系,考虑了更宽的参数范围。解析结果通过与相对论性动力学粒子网格(PIC)数值模拟比较得到验证。我们得到了作为背景与束密度、温度及流速度函数的增长率,并在宽参数范围内发现线性色散预测与数值模拟结果高度一致。增大束与背景密度比时观察到单调增长。随着束速度增大,增长率先增、达最大值后于更高束速度时再次下降。发现了关于等离子体温度的单调依赖关系,并在温度趋冷时呈现渐近行为。我们通过计算分数带宽表明所生成波具有相位相干性。我们给出了高效脉冲星射电辐射的等离子体条件的明确参数范围。

关键词

引用

@article{arxiv.2011.07377,
  title  = {Refining pulsar radio emission due to streaming instabilities: Linear theory and PIC simulations in a wide parameter range},
  author = {Alina C. Manthei and Jan Benáček and Patricio A. Muñoz and Jörg Büchner},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2011.07377},
  year   = {2021}
}

备注

15 pages, 7 figures. An abridged version of the abstract is shown here. Accepted in A&A