Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/15134
Title: Σχετικιστικές μαγνητόσφαιρες αστέρων νετρονίων, ελεύθερες δύναμης και περιελιγμένες
Other Titles: Force-free and twisted, relativistic neutron star magnetospheres
Authors: Ντότσικας, Δημήτρης
Keywords: Μαγνητόσφαιρα
Μαγνητοϋδροδυναμική
Αστέρες νετρονίων
Πάλσαρ
Αξισυμμετρική μαγνητόσφαιρα
Μαγνητικές γραμμές
Κύλινδροι φωτός
Περιελιγμένο μαγνητικό πεδίο
Απώλεια ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας
Γραμμικές και μη γραμμικές λύσεις
Ελεύθερες δύναμης
Εξίσωση πάλσαρ
Keywords (translated): Neutron stars
Magnetosphere
Magnetars
Magnetic and electric field
Strongly twisted magnetars
Loss of electromagnetic energy
Force-free magnetars
Linear and non-linear solutions
Pulsar equation
Aligned rotators
Abstract: Η υπόθεση της πλήρους δομής της μαγνητόσφαιρας του αστέρα νετρονίων υπήρξε ένα ανοιχτό πεδίο έρευνας για πάνω από 50 χρόνια (από την εμβληματική πλέον εργασία των Goldreich & Julian 1969). Προκειμένου να μοντελοποιηθεί η μαγνητόσφαιρα ενός ισχυρά μαγνητισμένου αστροφυσικού αντικειμένου όπως το magnetar, είναι απαραίτητο να επιλυθεί η αυτοσυνεπής συμπεριφορά του πλάσματος σε ισχυρό πεδίο, καθώς η ισχύς του πεδίου είναι ικανή να κυριαρχήσει στην ενέργεια του πλάσματος. Θεωρούμε καταστάσεις ισορροπίας, στις οποίες οι δυνάμεις που ασκούνται στα ηλεκτρικά φορτία από το μαγνητικό και ηλεκτρικό πεδίο μηδενίζονται, χωρίς απαραίτητα να μηδενίζεται η πυκνότητα φορτίου και ηλεκτρικού ρεύματος. Τέτοιες καταστάσεις ονομάζονται ισορροπίες ελεύθερες δύναμης (force-free) και χρησιμοποιούνται σε προβλήματα Μαγνητοϋδροδυναμικής (MHD) όπου κυριαρχεί ενεργειακά το μαγνητικό και ηλεκτρικό πεδίο έναντι της βαθμίδας πίεσης και των άλλων δυνάμεων Στην εργασία αυτή παρουσιάζουμε την δομή μιας αξισυμμετρικής, ευθυγραμμισμένης και ελεύθερης δύναμης μαγνητόσφαιρας ενός περιστρεφόμενου διπόλου, παρουσία πυκνότητας φορτίου. Η ιδανική κατανομή του ηλεκτρικού φορτίου κατά μήκος των ανοικτών γραμμών μαγνητικού πεδίου είναι μια προϋπόθεση που απαιτείται για τη λήψη συνεχών και ομαλών λύσεων της λεγόμενης εξίσωσης pulsar (και λαμβάνεται αριθμητικά) Οι μαγνητόσφαιρες των magnetars πιστεύεται ότι είναι έντονα περιελιγμένες λόγω της διάτμησης του αστρικού φλοιού από εσωτερικές μαγνητικές τάσεις. Για ένα περιελιγμένο μαγνητικό πεδίο, οι γραμμές τείνουν να διογκώνονται κατά την ακτινική διεύθυνση. Εφαρμόζοντας γραμμικές και μη γραμμικές λύσεις παρατηρούμε ότι όλο και περισσότερες γραμμές μαγνητικού πεδίου τείνουν να διασχίζουν τον κύλινδρο φωτός με αποτέλεσμα να γίνονται ανοιχτές, ενισχύοντας έτσι το ζήτημα των μεγάλων πολικών καλυμμάτων. Τέλος, με βάση τα παραπάνω είμαστε σε θέση να κάνουμε υπολογισμούς για τη γωνιακή διάτμηση για μια ποικιλία γραμμικών και μη γραμμικών λύσεων και χρησιμοποιώντας το μοντέλο της απώλειας της περιστροφικής ενέργειας των Contopoulos και Spitkovsky (2006) δίνουμε μια προσέγγιση για την απώλεια ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας και εξετάζουμε την εφαρμογή της σε ισχυρά μαγνητισμένα αστέρια νετρονίων.
Abstract (translated): The hypothesis of the complete and coherent structure of the neutron star’s magnetosphere has been an open field of research for over 50 years (since the seminal paper of Goldreich & Julian 1969). In order to model the magnetosphere of a strongly magnetized astrophysical object such as magnetar,it is necessary to solve the plasma’s self-consistent behavior in strong fields whose power is capable of dominating the plasma’s energy. We consider equilibrium states, in which the forces exerted on electric charges by the magnetic and electric field are zeroed, without necessarily zeroing the density of charge and electric current. Such states are called force-free balances and are used in Magnetohydrodynamics (MHD) problems where the magnetic and electric fields are energetically dominant over the pressure gradient and other forces. In this work we present the structure of an axially symmetric force-free magnetosphere of an aligned rotating magnetic dipole in the presence of a high-density charge (the origin of which we do not discuss) in accordance with the model of Contopoulos et. al. The ideal distribution of the electric charge along the open magnetic field lines is a condition that is required to obtain continuous and smooth solutions of the so-called pulsar equation (and is obtained numerically) Magnetar magnetospheres are believed to be strongly twisted due to shearing of the stellar crust by internal magnetic stresses. For a twisted magnetic field, lines tend to inflate in the radial direction. Applying linear and non-linear solutions we notice that more and more magnetic field lines tend to cross the light cylinder resulting in them becoming open, thus reinforcing the issue of large polar caps, which may correspond to the hot spot during outburst. Finally, based on the above we are able to make calculations for the angular shear for a variety of linear and non-linear solutions and by using the spin-down formula of Contopoulos and Spitkovsky (2006) we give an approach for the loss of electromagnetic energy of an aligned rotator in force-free conditions and we consider its application to strongly magnetized neutron stars.
Appears in Collections:Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Ntotsikas(phys).pdf893.51 kBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.