Details

Предмет исследования: Пульсарные туманности и нетепловые частицы. Цель работы: Определить максимальную энергию, до которой могут быть ускорены нетепловые частицы электроны в магнитогидродинамических (МГД) потоках плазмы двухторовых пульсарных туманностей, а также определить места и механизмы этого ускорения. Метод проведения работы: Численное моделирование структуры и динамики МГД потоков туманности и эволюции в этих потоках нетепловых частиц-электронов, на основе открытого кода PLUTO [4]. Результаты ВКР: Показано, что пульсарные туманности с двухторовой рентгеновской морфологией способны ускорять нетепловые электроны от Лоренц-факторов 𝛾 = 107 до 𝛾 ≳ 7 · 108, то есть до энергий 350 тэраэлектронвольт (ТэВ). Показано, что в двухторовой туманности могут формироваться 3 отдельные популяции высокоэнергичных электронов с 𝛾 > 108.  Эти 3 популяции нетепловых частиц отличаются своей энергией, а также местом и способом ускорения. Частицы двух из трех популяций (с Лоренц-факторами 𝛾 ∼ (1–3) · 108 и 𝛾 ∼ (3–5) · 108, соответственно) могут несколько сотен лет удерживаться в пределах пульсарной туманности и излучать в ней синхротронным образом. Частицы третьей популяции (с 𝛾 ∼ (5–7) · 108)  покидают туманность сразу же как ускорились. Распределение частиц в третьей (самой энергичной) популяции является сильно анизотропным: частицы покидают туманность преимущественно вдоль ее экватора. В характерных магнитных полях двухторовых туманностей (∼ 10–100 микро Гаусс) синхротронное излучение электронов из всех трех популяций ускоренных частиц попадает в диапазон чувствительности орбитального рентгеновского телескопа Чандра (0.5–10 кэВ).

Results: We show that pulsar wind nebulae with double-torus X-ray morphology can accelerate electrons from Lorentz factor 𝛾 = 107 to 𝛾 ≳ 7 · 108, that is, to energies above 350 teraelectrovolts (TeV). The accelerated high-energy electrons with 𝛾 > 108 can be grouped in 3 different populations which differ in their energy and in a place and mechanism of their acceleration. Two of these three populations have Lorentz factors 𝛾 ∼ (1–3) · 108 and 𝛾 ∼ (3–5) · 108; their particles can be confined within the nebula for several hundred years, radiating synchrotron X-ray emission in the strongly magnitised plasma of the nebula. Particles from the third population have 𝛾 ∼ (5–7) · 108 and form very anisotropic distribution. They leave the double-torus predominantly along its equator immediately after acceleration. In the characteristic magnetic fields of double-torus nebulae (∼ 10–100 micro Gauss), the synchrotron radiation of electrons from all 3 populations falls within the sensitivity range of the Chandra X-ray telescope (0.5–10 keV).