Введение к работе
Лкту_альндсть_темы. Открытие в 1967 г. уникальных объектов -источников мощного пульсирующего радиоизлучения - пульсаров, стимулировало небывалый поток как наблюдательных, так и теорет :-ческих работ по исследованию физических свойств этих загадочных небесных тел. Высокая степень поляризации наблюдаемого излучения у большинства пульсаров свидетельствовала о наличии в них сверхсильных магнитных полей порядка 10 Гс. Вскоре было установлено, что пульсары - это вращающиеся намагниченные нейтронные звезды (ННЗ), основы теории которых,задолго до открытия пульсаров, были заложены в известных работах Ландау, Бааде и Цвикки, Оппенгеймера и Волкова, Амбарцумяна и Саакяна и др. Дальнейшее исследование . физических свойств пульсаров и протекающих вне этих объектов процессов основывалось на предположении, что вращающаяся ННЗ, по-видимому, должна быть окружена плотной плазменной магнитосферой, жестко вращающейся вместе с ННЗ. Предполагалось, что именно в плазменной магнитосфере должно формироваться электромагнитное (ЭМ) излучение, причем пульсирующий характер излучения связывался именно с асимметрией формы и физических параметров магнитол сферы в модели наклонного ротатора (дополышР ііагіштнпГ: ттант звезды р- направлен под углом к оси вращения а. ).
Теоретические исследования физических свойств вращающихся ННЗ можно разделить на следующие три основных класса задач:
-
Изучение физических процессов внутри ННЗ и развитие представлений о кинетических, термодинамических и электродинамических свойствах сверхплотной вырожденной плазмы (СВП).
-
Исследование физических условий образования устойчивой плазменной магнитосфер вокруг ННЗ, ее динамики и физических
3. Изучение электродинамических процессов СВП внутри ННЗ,
а также в разреженной магнитосферной плазме, поиск всевозможных
механизмов генерации когерентных сгустков заряженных частиц -
источников наблюдаемого радиоизлучения пульсаров.
Первый класс задач представляет нарастающий интерес с точки зрения корректного определения термодинамических и электромагнитных свойств СВП внутри ННЗ, основываясь на микроскопических
представлениях о физических процессах и используя точные дисперсионные соотношения, а также аналитические выражения для кинетических коэффициентов СВП плазмы.
Используя параметры нейтронной звезды, можно решить второй класс задач: выявить физические -условия и механизмы образования устойчивой плазменной магнитосферы вокруг НИЗ, ее состав и структуру, геометрическую форму, физические свойства и параметры.
Поскольку почти вся информация о пульсарах получается в результате анализа их ЭМ излучения, то третий класс задач, в основном, сводится к выявлению и исследованию излучающих областей HIB, а также поиску возможных когерентных механизмов мощного радиоизлучения пульсаров. В этой связи особенно важны исследования процессов взаимодействия заряженных частиц с ЭМ излучением звезды как в разреженной магнитосферной плазме, так и в СВП внутри ННЗ.
Цль_и_задача_диссертации - теоретическое исследование физических свойств вращающихся намагниченных нейтронных звезд и электродинамических процессов внутри и вне этих объектов, в частности:
1. Определение кинетических и термодинамических параметров
СВП и обобщение системы магнитогидродинамических (МГД) уравне
ний почти для всего интервала плотностей материи внутри НПЗ, на-
х:"'к;у!іг.'.о температурного распределения внутри ННЗ.
2. Исследование в дрег'фовом приближении условий образования,
устойчивости и свойств электронно-протонной плазменной магнито
сферы вокруг вращающейся ННЗ, определение физических параметров
характерных пульсаров.
3 Исследование вопросов поглощения ЭМ излучения произвольной интенсивности электронами плазмы (как в СВП внутри ННЗ, так и в еэ магнптосгере) в процессе тормозного рассеяния при точном учете кулоновского потенциала и интенсивности волгш, выявление Боз:/ол!іостеіі образования когерентных сгустков электронов - источников сверхизлучэнпя.
4. Изучение процессов взаимодействия электронов с ЭМ излучением в нестационарной плазме, исследование возможностей генерації:: жестких ^"-квантов и их дальнейшего распада - рождения элзктрон-позитрошшх (е+е~) пар при резком изменении плотности плазш, образования когерентных сгустков или модулированных электронных потоков.
-
Определенно закона дисперсии релятивистской сильно вырожденной плазмы и на основе этого изучение процессов однофотошюго ровдения и аннигиляции е+в~-пар в такой плазме внутри КНЗ .
-
Изучение возможности многофотонного рождения е+е~-пар в плазме обычных плотностей (в частности, в плазменной магнитосфере вращающихся НПЗ) полем ЭМ излучения, а такг.е пульсиругцш периодическим полем в вакууме (вне магнптосаерн ННЗ).
Нау_чная_новизна. В диссертации проведено последовательное теоретическое рассмотрение кинетических, термодинамических и элек тродинамических процессов как в СВП внутри ННЗ, так и в их плазменной магнитосфере в рамках единого микро- и макроскопического подхода. Новизна результатов диссертации отражена в постановках основных проблем, а также непосредственно вытекает из результатов диссертации, среди которых выделим важнейшие:
-
Получены общие аналитические выражения для кинетических', коэффициентов и непрозрачности СВП в единой формо в диапазоне плотностей 10 г/см < р < Z 10 4 г/см , что дает возможность обобщать уравнения магнитной гидродинамики для всех фаз вещества внутри ННЗ.
-
В аналитической форме получено распределение температуры ' внутри ННЗ при значениях собственного магнитного поля В>10 Гс и показано, что температура на поверхности ННЗ' неизотропноо: в полосе 72s є <108 вокруг магнитного экватора поверхностная температура на порядок ниже по сравнению с температурой в остальных областях (на "магнитных шапках"). Вокруг меридианальных широт ~72 и э"-108 указанный градиент температуры подчеркивает сильно локализованное электрическое поле с'напряженностью ~ 10J В/см .
-
Впервые последовательно разработана модель электрон-прот тонной квазистационарной магнитосферы вокруг ННЗ в общем случае наклонного ротатора, получена форма и параметры протяженной магнитосферы, найдены функции распределения заряженных частиц и температурное распределение внутри магнитосферы, определены важнейшие физические параметры характерных пульсаров.
-
На основе динамического исследования элементарного акта индуцированного тормозного рассеяния электронов на кулоновских центрах при точном учете электрон-протонного взаимодействия, бы-
члслоіш і:оп:Т:іцпент одпогГотошібго поглощения слабого ЭМ излучения, а так.т.о коэффициенты многостопного поглощения ЭМ излучения произвольно]': интенсивности электронами плазмі с произвольными ] сіулкцнямл распределения.
-
Установлена возможность образования когорептішх сгустков или модулированных потоков электронов в плазмо при индуцированном взалмодеі'ствпи с ЗМ излучением а) в процессе тормозного рассеяния, б) при резком изменении диэлектрической проницаемости плазмы, в) при взаимодействии с полем вращающегося магнитного диполя.
-
Впервые выявлена возможность роздения е+е~ -пар ЭМ излученном произвольной частоты в нестационарной среде и показано, что этот процесс не имеет порога по частоте а,! волны и снпматся известное требование па дисперсии среда:.
У. Б аналитическом виде получен закон дисперсии релятивистской вырожденной плазмы и поресмотроны процессы однофотонного рождения и аннигиляции е+о--нар в СВП, развит новый подход к изучения многофотогаюго роэдения е+е~-пзр в разреженной плазме.
ПГЗІГСІ'НОРкзО-^иБосі'Ь-ВЗбо'Іл1 Исследованные в диссертации і; .".?х:-і, кроме их общетеоретической ценности, имеют также ванагое :;.>зїи:»:)70.;ь:іос значение дія развития физических представлений о свойствах сверхплотной материи и о происходящих внутри ИВ процессах, для выявления уникальных явления в космической плазме при чрезвычайно сильных внешних полях. Полученные результаты могут быть использованы в физике пульсаров, в частности, для решения проблемы радиоизлучения пульсаров.
Использованные в диссергации математические методы позволяют при соответствующем физическом подходе установить уникальные для "наземных лабораторий" новые физические явления и эффекты высших порядков. Полученные в диссертации результаты можно рекомендовать для использования в последующих исследованиях по теоретической физик» и релятивистской астрофизике.
Апто^Шя_Еаботы. Научный материал диссертации полностью доложен на научных семинарах кафедры теоретической физики ЕГУ, а также в следующих конференциях и симпозиумах: Советская гравитационная конференция ( 4-ая, Минск, 1986; 5-ая, Москва, 1981;
7-ая, Ереван, 1988; "Современные теоретические и эксперимент-жь-ные проблемы теории относительности и гравитации"). Международная гравитационная конференция ( 7-ая, Канада; 9-ая, йена). Международный симпозиум ( Ереван, 1977; "Переходное излучение частиц высоких энергий"), I Всесоюзный симпозиум ( Ереван, 1980; "Теория сверхплотных небесных тел"). Всесоюзная конференция (Ереван, 1989 "физика космической плазмы"), 5-ая Международная конференция по
МНОГОфОТОННЫМ Процессам ( Multiphoton processes ІССГР V .Paris ,
1990 ), 8-ая РосспГская гравитационная конференция,Пуздпо, 1993.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы.в 28 научных работах.
Стуктуг2а_и_объем_диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав (включающих 26 параграфов), приложения (из двух частей), заключения. Объем диссертации 217 страниц (8 рисунков, 2 таблицы, библиография из 300 наименований на 14 страницах).
