[논문 리뷰] Orthogonal polarization mode phenomenon in pulsars

R. T. Gangadhara|arXiv (Cornell University)|1997. 07. 15.

Geophysics and Sensor Technology참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 펄서가 자기장선이 곡선을 이룰 때 전자와 양전자들이 일관된 방식으로 운동함으로써 두 개의 수직으로 편광된 전자기파를 방출한다고 제안한다. 100m 에펠스베르크 전파망원경을 이용한 PSR B0950+08에서 1.71 GHz 대역의 데이터를 분석한 결과, 편광 각도 회색도상에서 약 90도 간격으로 두 개의 주요 모드가 관측되었으며, 이는 비일관된 초월에 의해 편광이 약화된 것으로 나타나, 펄서 방출이 서로 독립적이고 타원편광된 두 개의 수직 편광 상태를 가진 파동으로 구성되어 있음을 확인한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 펄서 자기장 내에서 상대론적 전자와 양전자들이 곡선 자기장선을 따라 운동함으로써 발생하는 물리적 메커니즘을 통해 수직 편광 모드(OPMs)의 기원을 설명하는 것.
• 관측된 마이크로펄스/서브펄스의 편광 각도 진동과 로테이팅 벡터 모델의 예측 간 괴리점을 해결하는 것.
• 1.71 GHz에서 PSR B0950+08의 개별 펄스 데이터를 분석하여 펄스 길이에 따른 수직 편광 모드의 성격과 지배성의 특성을 규명하는 것.
• 비일관된 초월이 펄서 방출에서 관측된 편광 약화를 설명하는 데 기여하는지 테스트하는 것.

제안 방법

• 펄서 자기장 내 곡선 자기장선을 따라 운동하는 상대론적 전자와 양전자로부터의 복사 모델링.
• 각 수직 편광 모드의 편광 각도 변화를 기술하기 위해 로테이팅 벡터 모델 적용.
• 100m 에펠스베르크 전파망원경을 통해 1.71 GHz에서 확보한 개별 펄스 데이터의 통계적 분석.
• 펄스 길이에 따른 편광 각도 분포를 시각화하기 위해 편광 각도 회색도 구성.
• 비일관된 초월을 평가하여 수직 편광 모드의 초월이 편광 약화에 기여하는지 평가.
• 관측된 편광 행동과 수직 모드 모델의 예측을 비교하여 모드의 지배성과 일관성의 특성을 추론.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 펄서 자기장 내에서 두 개의 수직으로 편광된 방출 모드가 존재하는 것을 설명할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ2 왜 마이크로펄스 및 서브펄스에서 관측된 편광 각도 진동이 로테이팅 벡터 모델의 예측과 다를까?
• RQ3 PSR B0950+08에서 펄스 길이에 따라 두 수직 편광 모드의 상대적 강도는 어떻게 변화하는가?
• RQ4 펄서 방출에서의 편광 약화가 수직 모드의 비일관된 초월에 의해 어느 정도 기인하는가?
• RQ5 PSR B0950+08에서 관측된 편광 특성은 곡선 자기장선 양측을 따라 가속되는 전자와 양전자로부터의 복사로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 펄서는 주로 두 개의 독립적이고 수직으로 편광된 전자기파로 방출되며, 각각 타원편광을 띤다.
• PSR B0950+08의 편광 각도 회색도상에서 각 펄스 길이에서 약 90도 간격으로 두 개의 주요 편광 각도가 관측된다.
• 특정 펄스 길이에서 한 수직 모드가 다른 모드를 지배함으로써 빔 전체에 걸쳐 비대칭적인 방출이 일어남을 나타낸다.
• 펄서 신호의 편광 약화는 주로 두 수직 편광 모드의 비일관된 초월에 기인한다.
• 각 모드의 원형 편광의 방향은 입자 궤도선에 대한 관측자의 위치에 따라 달라진다.
• 이 모델은 전자와 양전자가 곡선 자기장선을 따라 가속됨에 따라 발생하는 복사에 기인한 수직 모드를 설명함으로써, PSR B0950+08에서 관측된 편광 행동을 성공적으로 설명한다.