Emisión de polos magnéticos de púlsares

Primero, Shapiro y Teukolsky es un evangelio, nunca quedará obsoleto.

Con respecto a su pregunta: ¿está preguntando por qué la emisión no proviene de toda la región del campo magnético? Es decir, ¿por qué la emisión no proviene de todas partes a lo largo de las líneas de campo que conectan los polos?

La respuesta más importante es que hay radiación de las partículas atrapadas a lo largo de las líneas de campo cerradas; simplemente no es de donde proviene la emisión más fuerte. La fuerza de la emisión es aproximadamente proporcional al cuadrado de la fuerza del campo magnético,$\propto B^2$, y recuerde que la intensidad del campo magnético corresponde a la densidad de las líneas de campo en una representación como la de arriba. Claramente, las líneas de campo son más densas en los polos y, por lo tanto, los campos más fuertes y la radiación más fuerte provienen de allí.

Cuando observa la emisión de rayos X, también se vuelve importante que los electrones puedan escapar del sistema desde las líneas de campo abiertas, lo que les permite dispersar fotones.

Los mecanismos de radiación exactos implicados en la emisión radiativa de las estrellas de neutrones y los púlsares siguen siendo un área de investigación muy activa. Las preguntas que haces son buenas y dignas de discusión.

En primer lugar, la afirmación de que "un púlsar emite predominantemente radiación de sus polos magnéticos" es subjetiva. Siempre es cierto (por lo que hemos observado hasta ahora) que los púlsares emiten radiación desde su polo con la mayor intensidad, pero no es cierto decir que todos los púlsares (si se incluyen sus vientos) emiten predominantemente radiación desde sus polos magnéticos. al considerar entonces todo el espectro electromagnético.

La Nebulosa del Cangrejo se mencionó en otra respuesta, y vale la pena señalar que esta nebulosa es el arquetipo (modelo o tipo original después del cual se modelan otras cosas similares) nebulosas de viento púlsar.

Hay dos regiones distintas que conducen a la emisión de radiación de estrellas de neutrones que giran rápidamente:

1. La región desde la superficie de la estrella hasta el borde del cilindro de luz.

2. El borde del cilindro de luz a través de la zona de viento hacia la burbuja de la nebulosa.

En la región 1, el esquema básico de lo que está sucediendo es el siguiente. En la superficie estelar, los enormes campos magnéticos del púlsar y su rápida rotación inducen enormes campos eléctricos dentro de la magnetosfera, que en consecuencia arrancan partículas de la superficie estelar y las aceleran a altas energías. Luego, el plasma llena la magnetosfera y el campo magnético extremo presente es suficiente para hacer que el plasma co-rote rígidamente. Sin embargo, esta co-rotación debe cesar en algún lugar cerca del cilindro de luz, y las partículas fluyen a lo largo de las líneas abiertas del campo magnético, llevándose energía en forma de un viento magnetizado ultrarrelativista. Dentro de esta región, el campo magnético alineado con el eje de rotación proporciona líneas de campo magnético abiertas en las que las partículas cargadas puedenescapar. Sin embargo, debido a los vastos campos magnéticos involucrados, la gran mayoría del plasma está confinado al disco ecuatorial y fluye hacia afuera a través del cilindro de luz como un viento ultra relativista. Entonces, el plasma se emite desde la región polar, y este plasma (predominantemente compuesto de positrones/electrones) se mueve a lo largo de las líneas de campo, emitiendo una pequeña fracción del total (Compton inverso/Synchrotron et al. con algunos efectos de haz Doppler extensos) radiación vista emanando de la nebulosa.

La segunda región es la que conocemos más. Esto se debe a que el flujo producido por el viento relativista de las estrellas y la subsiguiente radiación de este plasma cargado nos permite obtener información sobre la magnetohidrodinámica en funcionamiento. Sin embargo, debo señalar que el mecanismo detrás de cómo se acelera el viento (conocido como el problema sigma) aún no se comprende muy bien. Este viento relativista no puede acelerar para siempre, y en algún momento debe coincidir con las condiciones de contorno del remanente de supernova de confinamiento. Esto ocurre en un fuerte choque inverso conocido como choque de terminación, donde el plasma frío colimado del viento se calienta, el campo magnético se amplifica y las partículas se impulsan a una energía ultra alta. Luego, estas partículas inflan una burbuja de plasma calentado por choque que produce nebulosas de partículas radiantes que son desaceleradas continuamente por el campo magnético de la nebulosa (la dinámica del choque de terminación es la causa probable de las estructuras similares a 'mechones' [estructuras altamente radiativas producidas por emisión de sincrotrón] alejándose del púlsar en el disco ecuatorial). Como resultado, una fracción no despreciable de la energía de rotación del púlsar perdida a través de su viento se vuelve detectable como radiación no térmica (permitiéndonos crear la bonita imagen del Cangrejo).

La imagen de arriba muestra el choque de terminación [toroidal] en detalle. La cantidad que se muestra es el factor de Lorentz. Las etiquetas se refieren a: A. zona de viento ultrarrelativista; B. El cinturón de Mach; C. Choque de arco; D. capa de corte; E. corriente gamma; F. choque de llanta. G. Chorro Polar. H. El nudo brillante (se cree que es responsable de la emisión de rayos gamma de gran intensidad). Aparte. Para proporcionar algo de escala aquí, la magnetosfera está fuera de la cuadrícula, es decir, ¡podría estar cómodamente contenida dentro del punto blanco en el centro de la imagen! Todo nuestro sistema solar cabría cómodamente dentro del choque de terminación (¡aunque ese es un pensamiento aterrador!).

Ahora, hay algunas dinámicas complejas en las proximidades del choque de terminación, y es este flujo aguas abajo el que se sospecha que es la causa principal de la formación de chorros relativistas. Para púlsares y magnitares, son las tensiones del aro magnético las que hacen que el flujo masivo se aleje de estos objetos aguas abajo del choque de terminación, sea colimado y redirigido desde el disco ecuatorial hacia el eje polar, lo que provoca grandes aumentos en la presión total en la región polar (fuera del choque de terminación) y causa una gran aceleración a lo largo del eje de rotación y alejándose de la estrella (nota, hay mucho más en juego, ¡pero esta es la esencia general!). Los chorros formados permanecen colimados (cilíndricos, quizás con algunas inestabilidades de salchicha a medida que se aleja de la estrella) debido al pellizco en Z 'local' en las 'vecindades' de la estrella.modelos para jets relativistas astrofísicos de objetos compactos para obtener más información y algunos enlaces a animaciones de este fenómeno.

Aquí hay un artículo que escribí sobre este tema hace un tiempo Observations of Wisps y un gran artículo de seguimiento de la física detrás de la reciente variabilidad de rayos gamma vista desde la Nebulosa del Cangrejo y las causas sospechosas .

Por supuesto, hay mucho más que decir sobre este tema, ¡pero me temo que de ahora en adelante tendrás que seguir el rastro del papel por ti mismo! Siéntete libre de volver y hacer más preguntas cuando estés listo...

Espero que esto ayude.

En algunos púlsares se detecta emisión fuera de pulso. De hecho, es una emisión coherente que resulta de la resonancia del ciclotrón entre partículas primarias altamente energéticas y las partículas secundarias de baja gamma en la magnetosfera púlsar.