Magnetické pole pulsarů a princip emise pulsarů

Magnetické pole pulsarů

Nejen Slunce, ale i jiné hvězdy mají zhruba dipólové magnetické pole. Hvězdné nitro je vysoce ionizováno a je tedy velmi dobrým elektrickým vodičem. Nabité částice jsou nuceny se pohybovat ve směru magnetických indukčních čar, které jsou určeny rozložením částic uvnitř hvězdy. Když hvězdné jádro začne kolabovat z průměru ~10⁹ m na průměr ~10⁴ m, magnetický tok magnetického pole je konzervován.

(8.16)

B je magnetická indukce, n normálový vektor, dS změna plochy průřezu hvězdy.

Protože magnetický tok je závislý na ploše S, která se zhroucením jádra zmenšila, je výsledná magnetická indukce znásobena faktorem ~10¹⁰ (~ podíl průměrů umocněný na druhou). Konkrétně, magnetická indukce před zhroucením hvězdy 0,01 T se zvětší na hodnotu 10⁸ T (v anglické literatuře se udává magnetická indukce v jednotkách gauss, kdy platí 1 T = 10⁴ G). V současné době se však zkoumají i neutronové hvězdy, jež mohou díky dynamo-efektu generovat magnetická pole o indukci až 10¹¹ T (viz kapitola „Magnetary“).

Princip emise pulsarů

Přestože v popisu emise pulsarů vystupuje stále velké množství neznámých, základní princip je již vysvětlen. Silné indukované elektrické pole urychluje nabité částice z povrchu pulsaru a ty se tak dostávají do magnetosféry. Kolmo k indukčním čarám magnetického pole se částice pohybovat nemohou, neboť vodivost v tomto směru je ve srovnání s vodivostí podél indukčních čar prakticky zanedbatelná. Tím jsou částice donuceny k rotaci kolem pulsaru. Čím dále jsou částice od povrchu pulsaru, tím větší rychlostí obíhají. Protože se však nemohou nikdy pohybovat rychlostí větší, než je rychlost světla, pak v určité vzdálenosti musejí stav korotace opustit. Tato limitní vzdálenost ohraničuje tzv. světelný kužel (viz obrázek) a je určena vztahem (8.17).

(8.17)

Přiblížení magnetického dipólu pulsaru
(zdroj obrázku: LORIMER, D.R.; KRAMER, M. Handbook of Pulsar Astronomy. Cambridge: Cambridge University Press, 2005. ISBN-10: 0521828236)

Magnetické pole uvnitř světelného kužele (uzavřené indukční čáry) urychlené částice udrží, ale mimo světelný kužel jsou magnetické indukční čáry díky velké rychlosti zpřetrhané (otevřené indukční čáry), a tak v tomto místě mohou částice unikat do volného prostoru a zároveň si nést i velké energie (v uzavřeném prostoru nabité částice o energii přicházejí vyzařováním fotonů).

Detailnější pohled na vznik emise pulsaru
zdroj obrázku: LORIMER, D.R.; KRAMER, M. Handbook of Pulsar Astronomy. Cambridge: Cambridge University Press, 2005. ISBN-10: 0521828236)

Z obrázku je patrné, že prostor, v němž vzniká samotná emise, se nachází nad oblastí magnetického pólu (prostor vnějšího urychlování).

Světelný kužel – příklad

Jaký je přibližný poloměr světelného kužele pulsaru PSR J1748-2446ad, jehož perioda je 0,0014 s?

(8.18)

(8.19)

Výsledek vztahu (8.19) je dalším důkazem toho, že pulsary nejsou bílí trpaslíci, ale neutronové hvězdy (poloměr světelného kužele pulsaru je ~10krát menší než poloměr bílého trpaslíka).