中子星外磁层中同步加速冷却的等离子体分布

采用引导中心形式论分析了带电相对论性粒子在非均匀磁场中的运动，该运动受到磁镜效应和冷却导致的能量损失的影响。推导了磁矩演化的控制方程。给出了一个代表中子星（脉冲星或磁星）磁层的示例，以说明典型的粒子轨道。值得注意的是，辐射损失在捕获粒子的转折点附近最为显著。根据粒子的初始俯仰角，能量损失可能变得灾难性，导致粒子快速迁移进入损失锥并随后沉降到中子星上。相反，具有较大俯仰角的粒子会暂时被捕获，并形成一种逐渐衰减的“冷却损失锥”或“漏斗”分布，其特征是最大动量空间粒子密度位于损失锥的边缘。损失锥的大小与能量相关，其标度关系为 $\alpha_{c} \propto \gamma^{3/10}$。同步加速损失在磁层的一个局部区域中最强，在典型的脉冲星和磁星条件下，该区域距离星体约几百到一千个恒星半径。这个区域是外磁层同步加速辐射的可能起源地，也可能负责非极性的相干脉冲星辐射以及微弱的快速射电暴。