Details

Данная работа посвящена исследованию радио дисков двухторовых пульсарных туманностей. Согласно наблюдениям, пульсарные туманности с двухторовой рентгеновской морфологией отличает особая морфология радиоизлучения. На их радио изображениях  видны две области уярченного излучения, которые симметричны относительно оси двойного тора и похожи по очертаниям на лепестки. Считается, что лепестковые радио структуры могут быть яркими участками толстого диска, лежащего на экваториальных широтах туманности и окружающего ее двойной рентгеновский тор. Природа этого диска не известна, равно как и происхождение нетепловых частиц (электронов и позитронов), ответственных за наблюдаемое радиоизлучение. В настоящей работе предложен сценарий образования толстого радиодиска и проведена его проверка методом численного моделирования.  Сценарий опирается на особую картину магнитных потоков, которая свойственна только двухторовым рентгеновских туманностям. В ходе численной проверки сценария, в  магнитогидродинамическую (МГД) модель двухторовой рентгеновской туманности одномоментно вбрасывались тестовые моноэнергичные радиоэлектроны со случайным направлением скорости. Затем отслеживалась эволюция пространственного и энергетического распределения этих электронов при их взаимодействии с мгд-потоками модельной туманности. Моделирование подтвердило все положения нашего сценария, включая главное: туманности склонные создавать двойной рентгеновский тор также склонны создавать вокруг него толстый радио диск. Условием этого является вброс заметной популяции радиоэлектронов в слабо замагниченный экваториальный пояс двухторовой рентгеновской структуры.  В работе также отмечено, что необходимость вброса радиоэлектронов на экватор двойного тора не закрывает возможность ускорения радиоэлектронов вблизи других (неэкваториальных) участков ударной волны остановки пульсарного ветра, или в других частях рентгеновской туманности. Однако такие радиоэлектроны, как следует из наших расчетов, будут эволюционировать обособленно; они не смогут проникнуть на экватор рентгеновской туманности  и поучаствовать в создании радиодиска. Они будут либо вовсе потеряны пульсарной туманностью, либо заметно ускоряться в магнитных истечениях двухторовой рентгеновской структуры, из-за чего их синхротронное излучение выйдет за пределы радиодиапазона.

The given work is devoted to the study of the radio disk of double torus pulsar wind nebulae. Observations show that pulsar wind nebulae with double-torus X-ray morphology have a specific radio morphology. Their radio images show two areas of enhanced emission, shaped as two lobes. These radio lobes have a similar orientation compared to the polar axis of the double torus. In the literature on pulsar wind nebulae, the lobes are considered as brightened regions of a thick radio disk surrounding the double-torus and located  at its equatorial latitudes. The nature of the disk is unknown, as is the origin of the nonthermal particles (electrons and positrons) responsible for the observed radio emission. In this work, we put forward  a scenario for the formation of a thick radio disk and then test it using numerical simulations.  The scenario is based on a specific pattern of magnetic outflows, which is characteristic only of double-torus X-ray nebulae. To test the scenario, we injected monoenergetic test-paricles (radio electrons) with random velocity directions into the magnetohydrodynamic (MHD) model of the double-torus X-ray nebula. We then traced the evolution of the spatial and energy distributions of these electrons as they interacted with MHD flows of the model nebula. The simulation confirmed all the points of our scenario, including the main thing: nebulae that tend to create a double X-ray torus also tend to create a thick radio disk around it. The condition for this is the injection of a noticeable population of radio electrons into the weakly magnetized equatorial belt of the double-torus. We emphasize that the need for injection of radio electrons into the equatorial belt does not eliminate the possibility of acceleration of radio electrons at other (non-equatorial) parts of of the wind  termination shock or in other parts of the X-ray nebula. However, such electrons, as follows from our simulation, will evelove on their own: they will not be able to get into the equatorial belt and  participate in the creation of the radio disk. They will either be completely lost by the pulsar wind nebula, or noticeably accelerated in the magnetic outflows of the double-torus X-ray structure, causing their synchrоtron radiation to go beyond the radio band.