On the Origin of Knots in the Vela Nebula

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Pulsar wind nebulae (PWNe) show complex multiscale X-ray morphology with a wide variety of structures in form of tori, jets, rings, arcs, and knots. The global torus-jet morphology of PWNe is well described in terms of modern relativistic MHD models. Meanwhile, the nature of some of the finer features remains to be elucidated. These include the chain of knots in the ‘‘inner ring’’ in the Crab PWN and the chain of knots around the southeastern jet in the Vela PWN. Recently, the knots in Crab have been interpreted as giant plasmoids. These arise due to magnetic reconnection in the equatorial current sheet just after the shock wave terminating the pulsar wind and responsible for the appearance of the ‘‘inner ring’’ feature. In this work, we aim to find out whether the knots in Vela could have been formed in the same way. Within the frame of numerical relativistic MHD model, we show that in Vela-type nebulae—double-torus objects in transonic motion relative to their surroundings—conditions for strong reconnection and hence for giant plasmoids are formed at the outskirts of the X-ray nebula, where compact regions of high magnetization occur regularly on both sides of the equatorial belt. In the projection onto the celestial plane, these regions line up along two narrow coaxial ‘‘outer rings,’’ of which the windward is larger than the leeward. Due to the difference in size of the rings, their far halves must be very close to each other if the nebula is seen from its leeward side at the same angle as Vela. In this case, giant plasmoids from the far side of the nebula should be concentrated in the vicinity a narrow arcuate stripe bounded by these halves.

About the authors

G. A. Ponomaryov

Ioffe Institute; Peter the Great St. Petersburg Polytechnical Institute

Email: a.e.petrov@mail.ioffe.ru
St. Petersburg, Russia; St. Petersburg, Russia

A. N. Fursov

Peter the Great St. Petersburg Polytechnical Institute

Email: a.e.petrov@mail.ioffe.ru
St. Petersburg, Russia

S. S. Fateeva

Peter the Great St. Petersburg Polytechnical Institute

Email: a.e.petrov@mail.ioffe.ru
St. Petersburg, Russia

K. P. Levenfish

Ioffe Institute

Email: a.e.petrov@mail.ioffe.ru
St. Petersburg, Russia

A. E. Petrov

Ioffe Institute

Email: a.e.petrov@mail.ioffe.ru
St. Petersburg, Russia

A. M. Krassilchtchikov

Ioffe Institute

Author for correspondence.
Email: a.e.petrov@mail.ioffe.ru
St. Petersburg, Russia

References

  1. Бюлер, Джиоми (R. Bühler and M. Giomi), MNRAS 462, 2762 (2016).
  2. Быков и др. (A.M. Bykov, E. Amato, A.E. Petrov, A.M. Krassilchtchikov, and K.P. Levenfish), Space Sci. Rev. 207, 235 (2017).
  3. Вайсскопф и др. (M.C. Weisskopf, J.J. Hester, A.F. Tennant, R.F. Elsner, N.S. Schulz, H.L. Marshall, M. Karovska, J.S. Nichols, et al.), Astrophys. J. 536, L81 (2000).
  4. ван дер Свалюв и др. (E. van der Swaluw, A. Achterberg, and Y.A. Gallant), Memorie della Societá Astronomia Italiana 69, 1017 (1998).
  5. Вернер, Узденский (G.R. Werner and D.A. Uzdensky), J. Plasma Phys. 87, 905870613 (2021).
  6. Гельфанд и др. (D.J. Helfand, E.V. Gotthelf, and J.P. Halpern), Astrophys. J. 556, 380 (2001).
  7. Дель Занна и др. (L. Del Zanna, E. Amato, and N. Bucciantini), Astron. Astrophys. 421, 1063 (2004).
  8. Дель Занна и др. (L. Del Zanna, D. Volpi, E. Amato, and N. Bucciantini), Astron. Astrophys. 453, 621 (2006).
  9. Додсон и др. (R. Dodson, D. Lewis, D. McConnel, and A.A. Deshpande), MNRAS 343, 116 (2003).
  10. Жоу и др. (M. Zhou, P. Bhat, N.F. Loureiro, and D.A. Uzdensky), Phys. Rev. Res. 1, 012004 (2019).
  11. Камю и др. (N.F. Camus, S.S. Komissarov, N. Bucciantini, and P.A. Hughes), MNRAS 400, 1241 (2009).
  12. Каравео и др. (P.A. Caraveo, A. De Luca, R.P. Mignani, and G.F. Bignami), Astrophys. J. 561, 930 (2001).
  13. Каргальцев и др. (O. Kargaltsev, B. Cerutti, Yu. Lyubarsky, and E. Striani), Space Sci. Rev. 191, 391 (2015).
  14. Каргальцев и др. (O. Kargaltsev, N. Klingler, S. Chastain, and G.G. Pavlov), J. Phys.: Conf. Ser. 932, Iss. 1, id. 012050 (2017).
  15. Каргальцев и др. (O. Kargaltsev, G.G. Pavlov, D. Sanwal, and G.P. Garmire), Neutron Stars in Supernova Remnants, ASP Conf. Ser. 271 (Ed. Slane P.O., Gaensler B.M., San Francisco: ASP, 2002), p. 181.
  16. Кеннел, Коронити (C.F. Kennel and F.V. Coroniti), Astrophys. J. 283, 694 (1984).
  17. Комиссаров, Любарский (S.S. Komissarov and Y.E. Lyubarsky), MNRAS 349, 779 (2004).
  18. Комиссаров (S.S. Komissarov), MNRAS 422, 326 (2012).
  19. Кси и др. (F. Xie, A. Di Marco, F. La Monaca, K. Liu, F. Muleri, N. Bucciantini, R.W. Romani, E. Costa, et al.), Nature 612, 658 (2022).
  20. Левенфиш и др. (K.P. Levenfish, G.A. Ponomaryov, A.E. Petrov, et al.), J. Phys.: Conf. Series, 2103, 012020 (2021).
  21. Любарский (Y.E. Lyubarsky), MNRAS 329, L34 (2002).
  22. Маттана и др. (F. Mattana, D. Götz, R. Terrier, L. Bouchet, G. Ponti, M. Falanga, M. Renaud, I. Caballero, et al.), Astrophys. J. 743, L18 (2011).
  23. Миньоне и др. (A. Mignone, G. Bodo, S. Massaglia, T. Matsakos, O. Tesileanu, C. Zanni, and A. Ferrari), Astrophys. J. Suppl. Ser. 170, 228 (2007).
  24. Мори и др. (K. Mori, D. Burrows, J.J. Hester, G.G. Pavlov, Sh. Shibata, and H. Tsunemi), Astrophys. J. 609, 186 (2004).
  25. Олми, Буккиантини (B. Olmi and N. Bucciantini), eprint arXiv:2301.12903 (2023). https://doi.org/10.48550/arXiv.2301.12903
  26. Олми и др. (B. Olmi, L. Del Zanna, E. Amato, N. Bucciantini, and A. Mignone), J. Plasma Phys. 82, 635820601 (2016).
  27. Павлов и др. (G.G. Pavlov, O. Kargaltsev, D. Sanwal, and G.P. Garmire), Astrophys. J. 554, L189 (2001).
  28. Пономарёв и др. (G.A. Ponomaryov, K.P. Levenfish, and A.E. Petrov), J. Phys.: Conf. Ser. 1400, 022027 (2019).
  29. Пономарёв и др. (G.A. Ponomaryov, K.P. Levenfish, A.E. Petrov, and Yu.A. Kropotina), J. Phys.: Conf. Ser. 1697, 012022 (2020).
  30. Пономарёв и др. (G.A. Ponomaryov, K.P. Levenfish, and A.E. Petrov), J. Phys.: Conf. Ser. 2103, 012021 (2021).
  31. Порт и др. (O. Porth, S.S. Komissarov, and R. Keppens), MNRAS 438, 278 (2014).
  32. Порт и др. (O. Porth, R. Bühler, B. Olmi, S. Komissarov, A. Lamberts, E. Amato, Y. Yuan, and A. Rudy), Space Sci. Rev. 207, 137 (2017).
  33. Хестер и др. (J.J. Hester, K. Mori, D. Burrows, J.S. Gallagher, J.R. Graham, M. Halverson, A. Kader, F.C. Michel, and P. Scowen), Astrophys. J. 577, L49 (2002).
  34. Хестер (J.J. Hester), Ann. Rev. Astron. Astrophys. 46, 127 (2008).
  35. Черутти, Джьячинти (B. Cerutti and G. Giacinti), Astron. Astrophys. 656, id. A91 (2021).
  36. Шевалье, Рейнольдс (R.A. Chevalier and S.P. Reynolds), Astrophys. J. 740, L26 (2011).
  37. Фатеева С.С., Левенфиш К.П., Пономарёв Г.А. и др., Письма в Астрон. журн. 49, (2023) [S.S. Fateeva, K.P. Levenfish, G.A. Ponomarev, et al., Astron. Lett. 49, (2023)].
  38. Эбелинг и др. (H. Ebeling, D.A. White, and F.V.N. Rangarajan), MNRAS 368, 65 (2006).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Pleiades Publishing, Ltd.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».