[論文レビュー] Orthogonal polarization mode phenomenon in pulsars

R. T. Gangadhara|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 1997

Geophysics and Sensor Technology参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、磁気圏内の曲がった磁場線に沿って運動する相対論的電子および陽電子からのコherent放射によって、パルサーが直交する偏光状態を持つ2つの偏光状態の電磁波を放出すると提案している。1.71 GHzでPSR B0950+08を100メートルのエフェルスベルク電波望遠鏡で観測したデータを用いて、偏光角度のグレースケールプロットが、約90°ずつ離れた2つの主要モードを示しており、非coherentな重ね合わせによって偏光が低下していることが判明した。これにより、パルサー放射が直交する偏光状態を持つ2つの独立した楕円偏光波から成り立っていることが確認された。

ABSTRACT

We consider the polarization properties of radiation emitted by relativistic charged particles while moving along the curved magnetic field lines in a pulsar manetosphere. We propose that the radiation emitted by positrons and electrons while moving along the curved magnetic field lines is orthogonally polarized. The polarization angle of each orthogonal polarization mode is well described by the rotating vector model. However, the polarization angle swings observed in micropulses and subpulses are often found to be contrary to the rotating vector model, and such swings are expected to arise due to the coherent superposition of orthogonal polarization modes. As an application of our model, we discuss the polarization of pulsar PSR B0950+08 at the frequency 1.71 GHz. Data on individual pulses, obtained using the 100-m Effelsberg radiotelescope, was statistically analysed. We find that pulsars emit radiation mainly in the form of two independent orthogonal modes. It seems, they exist at all pulse longitudes but at some longitudes one mode dominates over the other. The polarization angle gray-plot indicates two most favoured angles separated by approximately 90 degree at each pulse longitude. The depolarization is mainly caused by the incoherent superposition of orthogonal modes. We infer from this study that pulsar radiation consists of two major elliptically polarized electromagnetic waves with orthogonal polarization angles. Our model predicts that such waves could be radiated by the positrons and the electrons accelerated along the curved magnetic field lines. The sense of circular polarization of these modes depend upon from which side of particle trajectory the radiation is received.

研究の動機と目的

• パルサーにおける直交偏光モード（OPMs）の起源を、曲がった磁場線に沿って運動する相対論的電子および陽電子を含む物理的メカニズムによって説明すること。
• 微パルス／サブパルスにおける観測された偏光角度の振動とローテーティング・ベクトルモデルの予測との間に生じる不一致を解消すること。
• 1.71 GHzで得られたPSR B0950+08の個々のパルスデータを分析し、パルス長にわたる直交偏光モードの性質と優位性を特定すること。
• 非coherentな重ね合わせが、パルサー放射における観測された偏光の低下を説明できるかどうかを検証すること。

提案手法

• パルサー磁気圏内を曲がった磁場線に沿って運動する相対論的電子および陽電子からの放射をモデル化すること。
• 各直交モードの偏光角度の変化を記述するためにローテーティング・ベクトルモデルを適用すること。
• 100メートルのエフェルスベルク電波望遠鏡を用いて1.71 GHzで取得した個々のパルスデータを統計的に分析すること。
• パルス長にわたる偏光角度の分布を可視化するために偏光角度グレースケールプロットを構築すること。
• 非coherentな重ね合わせによる直交偏光モードの評価を通じて、偏光の低下を評価すること。
• 観測された偏光行動と直交モードモデルの予測を比較し、モードの優位性とコherencyを推論すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パルサー磁気圏内で、2つの直交する偏光状態を持つ放射モードが存在することを説明できる物理的メカニズムは何か？
• RQ2 なぜ微パルスおよびサブパルスにおける観測された偏光角度の振動が、ローテーティング・ベクトルモデルの予測から逸脱しているのか？
• RQ3 PSR B0950+08において、2つの直交偏光モードの相対的強度は、パルス長にわたってどのように変化するか？
• RQ4 パルサー放射における偏光の低下は、どの程度まで直交モードの非coherentな重ね合わせに起因しているか？
• RQ5 電子および陽電子が曲がった磁場線の反対側を加速することで、PSR B0950+08で観測された偏光特性が説明可能か？

主な発見

• パルサーは、主に2つの独立した直交する偏光状態を持つ楕円偏光の電磁波を放射する。
• PSR B0950+08の偏光角度グレースケールプロットは、各パルス長における約90度ずつ離れた2つの主要な偏光角度を示している。
• 特定のパルス長において、1つの直交モードが他より優位であることが判明しており、ビーム全体にわたる非対称な放射を示している。
• パルサー信号における偏光の低下は、主に2つの直交偏光モードの非coherentな重ね合わせに起因している。
• 各モードの円偏光の向きは、観測者がある粒子の軌道からの相対的位置に依存する。
• 本モデルは、電子および陽電子が曲がった磁場線に沿って加速されることによって生じる放射を根拠として、PSR B0950+08における観測された偏光行動をうまく説明している。