[논문 리뷰] An inverse Compton scattering (ICS) model of pulsar emission

G. J. Qiao, Weipeng Lin|ArXiv.org|1997. 08. 27.

Atomic and Subatomic Physics Research인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 펄서의 전파 방출을 설명하기 위해 역코히어런트 산란(ICS) 모델을 제안하며, 펄서 자기장 내에서 다른 높이에서 방출된 복사의 지연 및 굴절 효과를 포함한다. 이 모델은 입자 군집으로부터의 강한 방출을 통해 관측된 것과 일치하는 빛의 세기를 만들어내며, 전파 펄서의 코어 및 콘형 방출 비피어를 자발적으로 설명한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 역코히어런트 산란(ICS) 기반의 자발적인 펄서 전파 방출 모델을 개발하여 코어 및 콘형 방출 성분을 모두 설명하는 것.
• 상대론적 효과인 지연 및 굴절을 고려하여 ICS 과정을 통해 관측된 펄서 전파 방출 빛의 세기를 설명하는 것.
• 내부 갭 모델의 스파크 붕괴 메커니즘과 일치하는 내부 갭 영역에서 입자 군집의 강한 방출을 포함하는 것.
• 이전의 ICS 모델을 향상시켜 펄서 자기장 내에서 높이에 따라 달라지는 복사 전파 효과를 포함하는 것.
• ICS 메커니즘이 관측된 데이터와 일치하는 빛의 세기를 방출할 수 있음을 보여주는 것.

제안 방법

• 모델은 내부 갭 영역에서 외부로 움직이는 상대론적 전자 및 양성전자에 의한 저주파수 파동의 역코히어런트 산란을 적용한다.
• 복사가 펄서 자기장 내에서 다른 고도에서 방출됨을 고려하기 위해 지연 및 굴절 효과를 포함한다.
• 강한 방출은 상대론적 입자 군집이 함께 작용하여 ICS 방출 과정을 강화한다고 가정하여 모델링한다.
• 빛의 세기는 상대론적 플라즈마 파동 상호작용과 ICS 단면적을 사용하여 계산한다.
• 모델은 전자-양성전자 쌍 생성이 파동 성장을 이끌고 이후 ICS 방출이 발생하는 내부 갭 모델(RS75)을 프레임워크로 사용한다.
• 이론적 예측을 펄서 전파 빛의 세기 및 비피어 구조에 대한 관측 데이터와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 역코히어런트 산란은 전파 펄서에서 관측된 코어 및 콘형 방출 성분을 설명할 수 있는가?
• RQ2 다른 높이에서 방출된 복사의 지연 및 굴절 효과가 관측된 ICS 방출 프로파일에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 내부 갭 모델에서 ICS 과정을 통한 전파 방출 빛의 세기는 예측되는가?
• RQ4 입자 군집의 강한 방출은 관측된 펄서 유도 세기를 충분히 만족시킬 수 있는가?
• RQ5 ICS 메커니즘은 비피어 구조 및 빛의 세기와 같은 관측된 펄서 전파 방출 특성과 일치하는가?

주요 결과

• 지연 및 굴절 효과를 포함함으로써 다양한 방출 고도에서의 복사 전파를 보다 정확하게 기술할 수 있다.
• 모델은 펄서에 대한 관측 데이터와 양호한 일치를 보이는 전파 방출 빛의 세기를 예측한다.
• 입자 군집의 강한 방출은 관측된 펄서 전파 방출 강도를 설명하기에 충분히 ICS 과정을 강화한다.
• 동일한 물리적 과정을 통해 ICS 메커니즘이 코어 및 콘형 방출 성분을 모두 성공적으로 설명한다.
• 이론적 결과는 관측된 펄스 프로파일 및 빛의 세기와 일치하여 ICS 모델이 펄서 방출 이론에서 타당함을 뒷받침한다.
• 모델은 내부 갭 스파크 과정과 관측 가능한 전파 방출을 ICS를 통해 자발적인 프레임워크로 연결한다.