倾斜脉冲星磁化风的三维解析描述

旋转中子星或脉冲星可能是许多天体物理系统背后的能量来源，例如伽马射线暴、超新星、脉冲星风云和超新星遗迹。在过去几年中，三维数值模拟使得从第一性原理计算脉冲星自转减速光度成为可能，并揭示了倾斜脉冲星风比对齐脉冲星风更强大。然而，导致倾斜脉冲星输出功率增强的原因尚不清楚。在这项工作中，利用随时间变化的三维磁流体动力学 (MHD) 和无力量模拟，我们表明，与标准范式相反，携带能量远离脉冲星的开放磁通量在横向上是不均匀的。我们认为这种不均匀性是倾斜脉冲星光度增加的主要原因。为了证明这一点，我们构建了对齐和正交脉冲星风的简单解析描述，并将它们结合起来，以获得任意倾斜角下脉冲星风的精确三维描述。我们的方法既描述了扭曲的磁层电流片，也描述了其外部脉冲星风性质的平滑变化。我们发现，一般而言，磁层电流片分隔了以 mildly relativistic 速度相对运动的等离子体。这表明磁层重联是一种受驱动的重联，而非自由重联。跨越电流片的磁场分量跃变随倾斜度的增加而减小，这可能是减少近正交脉冲星中耗散的一种机制。我们对脉冲星风的解析描述可用于构建脉冲星伽马射线辐射、脉冲星风云以及磁星驱动的核心坍缩伽马射线暴和超新星模型。