[論文レビュー] An inverse Compton scattering (ICS) model of pulsar emission

G. J. Qiao, Weipeng Lin|ArXiv.org|Aug 27, 1997

Atomic and Subatomic Physics Research被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、パルサー磁気圏内の異なる高さで放射される放射線の遅延効果および歪み効果を組み込んだ逆コンプトン散乱（ICS）モデルを提案し、パルサーの電波放射を説明する。このモデルは、粒子束からのコherent放射を用いて観測と整合する放射度を生じさせ、電波パルサーにおけるコアおよびコナール放射ビームの両方を自己整合的な説明で説明する。

ABSTRACT

Core and conal emission beams of radio pulsars have been identified observationally (Rankin 1983,1993; Lyne and Manchester 1988), In the inner gap model (Ruderman and Sutherland 1975, hereafter RS75), the gap continually breaks down (sparking) by forming electron-positron pairs on a time scale of a few microseconds (RS75). This makes a large amplitude low frequency wave to be produced and which would be scattered by relativistic particles moving out from the gap. Under this assumption, Qiao (1988a,1992) presented an Inverse Compton Scattering (ICS) model for both core and conal emissions. This paper presented a development of the model. Retardation and aberration effects due to different radiation components emitted from different heights are considered. The luminosity of pulsar radio emission via the ICS process is discussed. Coherent emission by bunches of particles is adopted and which is adequate to explain pulsar radiation. The theoretical results are in agreement with observations very well.

研究の動機と目的

• 逆コンプトン散乱（ICS）に基づく自己整合的なパルサー電波放射モデルを構築し、コアおよびコナール放射成分の両方を説明すること。
• 相対論的効果（遅延および歪み）を考慮したICSプロセスを通じて、パルサー電波放射の観測放射度を説明すること。
• インナーガップモデルにおけるスパーク破壊メカニズムに整合する、インナーガップ領域における粒子束からのコherent放射を組み込むこと。
• パルサーマグネトスフィアにおける高さ依存の放射伝播効果を含めることで、以前のICSモデルを改善すること。
• ICS機構が、電波パルサーの観測データと一致する放射度を生じさせることを示すこと。

提案手法

• 相対論的電子および陽電子がインナーガップ領域から外向きに移動する際、低周波数波を逆コンプトン散乱するプロセスを適用する。
• パルサーマグネトスフィア内の異なる高度で放射される放射線を考慮するため、遅延および歪み効果を含める。
• コherent放射は、集団的にICS散乱過程を強化する相対論的粒子束を仮定することでモデル化する。
• 放射の放射度は、相対論的プラズマ波相互作用およびICS断面積を用いて計算する。
• モデルは、電子-陽電子対生成が波の増幅を引き起こし、その後ICS放射に至るというフレームワークとして、インナーガップモデル（RS75）を用いる。
• 理論的予測を、パルサー電波放射度およびビーム構造に関する観測データと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 逆コンプトン散乱は、電波パルサーにおける観測されたコアおよびコナール放射成分を説明できるか？
• RQ2 異なる高さで放射される放射線の遅延および歪み効果が、観測されるICS放射プロファイルにどのように影響するか？
• RQ3 インナーガップモデルにおけるICSプロセスによる電波放射の予測放射度は何か？
• RQ4 粒子束からのコherent放射は、観測されたパルサー放射度に十分な強度を生じさせ得るか？
• RQ5 ICS機構は、ビーム構造および放射度を含む、パルサー電波放射の観測的性質と整合するか？

主な発見

• 遅延および歪み効果を組み込むことで、異なる放射高さからの放射伝播のより正確な記述が可能になる。
• モデルは、パルサーの観測データと良好に一致する電波放射の放射度を予測する。
• 粒子束からのコherent放射は、パルサー電波放射の観測強度を説明するのに十分にICS過程を強化する。
• ICS機構は、同じ物理的プロセスを通じてコアおよびコナール放射成分の両方を成功裏に説明する。
• モデルの理論的結果は、観測されたパルスプロファイルおよび放射度と一致し、ICSモデルがパルサー放射理論において有効であることを支持する。
• 本モデルは、インナーガップのスパーク過程と、観測可能な電波放射との間の自己整合的フレームワークを提供する。