Modellering av elektrondynamik i magnetosfären hos en neutronstjärna

Abstract

Syftet med denna rapport är att undersöka partikeldynamiken i neutronstjärnors magnetosfärer. För att begränsa omfattningen analyseras en elektrons rörelse i en elektromagnetisk våg och ett statisk magnetfält, inklusive effekter av strålningsdämpning. Analytiska lösningar har använts, där det är möjligt, och jämförts med numeriska simuleringar. De numeriska simuleringarna har grundats på en algoritm som består av leapfrog- och Boris-push-metoder. För de fallen där den elektromagnetiska vågen och det statiska magnetfältet betraktades var för sig, stämde de analytiska och numeriska lösningarna väl överens. Men resultaten visade att fallen var för sig inte är fullständiga för att beskriva den verkliga rörelsen hos elektronen. Generella analytiska lösningar saknades för det kombinerade fallet, där den elektromagnetiska vågen och det statiska magnetfältet betraktades tillsammans, men kunde hittas i ett jämviktsläge där energin är konstant. När lösningen betraktades hittades en resonanspunkt, där energin blev oändlig, vilket kan anses som fysikaliskt orimligt. Men när strålningsdämpning togs hänsyn till försvinner existensen av en resonanspunkt med ofysikalisk energitillväxt. Den approximativa elektrontäthet som behövs för att plasman i magnetosfären skall absorbera utkommande elektromagnetiska vågor (så kallade FRB) räknades fram. Denna jämfördes med en faktiskt elektrontäthet hos en neutronstjärna. Som visade att neutronstjänors magnetosfär borde absorbera FRBs eftersom den verkliga elektrontätheten överstiger den beräknade. Men då de kan observeras från jorden, visade resultaten att modelleringen av en elektron i magnetosfären med en elektromagnetisk våg och ett statiskt magnetfält, där effekterna av strålningsdämpning inkluderas, inte är tillräcklig för att beskriva verkligheten och bör därför kompletteras.