Current Sheet as an Optimal Synchrotron Maser on a Radio Pulsar

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Using a relativistic plasma with an isotropic monoenergetic distribution of electrons and
positrons as an example, we show that in the maser regime the maximum possible amplification of
synchrotron radiation at a distance of one wavelength is achieved in a medium where the magnetic energy
density is of the order of the particle energy density. This ratio of the energy densities corresponds to a
(Harris-type) current sheet. We have obtained an electron Lorentz factor of 350 and a magnetic field
strength of 10 kG in the maser radio emission region for the Crab pulsar. Our estimate suggests that
the optical and coherent radio emissions of the object originate from one synchrotron source in the form of
a current sheet. The diameter of the source must exceed the light-cylinder radius approximately by a factor
of 6 for the maser wave field to interact with particles in the linear regime, in particular, to keep its phase
velocity higher than the speed of light in a vacuum—a necessary condition for the synchrotron instability.

About the authors

S. A. Koryagin

A.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences; N.I. Lobachevsky Nizhny Novgorod State University

Author for correspondence.
Email: koryagin@ipfran.ru
Nizhny Novgorod, 603950 Russia; Nizhny Novgorod, 603022 Russia

References

  1. Арп и др. (U. Arp, G.T. Fraser, A.R. Hight Walker, T.B. Lucatorto, K.K. Lehmann, K. Harkay, N. Sereno, and K.-J. Kim), Phys. Rev. Spec. Top. Accel. Beams 4, 054401 (2001).
  2. Бьёрнсон и др. (C.-I. Björnsson, A. Sandberg, J. Sollerman), Astron. Astrophys. 516, A65 (2010).
  3. Бюхлер, Бландфорд (R. Bühler and R. Blandford), Rep. Prog. Phys. 77, 066901 (2014).
  4. Вестфолд (K.C. Westfold), Astrophys. J. 130, 241 (1959).
  5. Гинзбург и др. (V.N. Ginzburg, E.V. Katin, E.A. Khazanov, A.V. Kirsanov, V.V. Lozhkarev, G.A. Luchinin, A.N. Mal’shakov, M.A. Martyanov, et al.), AIP Conf. Proc. 1228, 71 (2010).
  6. Голден и др. (A. Golden, A. Shearer, R.M. Redfern, G.M. Beskin, S.I. Neizvestny, V.V. Neustroev, V.L. Plokhotnichenko, and M. Cullum), Astron. Astrophys. 363, 617 (2000).
  7. Дансон и др. (C.N. Danson, C. Haefner, J. Bromage, T. Butcher, J.-C.F. Chanteloup, E.A. Chowdhury, A. Galvanauskas, L.A. Gizzi, et al.), High Power Laser Sci. Engin. 7, e54 (2019).
  8. Железняков В.В., Излучение в астрофизической плазме (М.: Янус-К, 1997).
  9. Железняков В.В., ЖЭТФ 51, 570 (1966).
  10. Железняков и др. (V.V. Zheleznyakov, G. Thejappa, S.A. Koryagin, and R.G. Stone), Geophysical Monograph Series (Washington: Am. Geophys. Union, 2000), v. 119, p. 57.
  11. Кочаровский В.В., Кочаровский Вл.В., Мартьянов В.Ю., Тарасов С.В., УФН 186, 1267 (2016).
  12. Крузиус, Шликейзер (A. Crusius and R. Schlickeiser), Astron. Astrophys. 195, L9 (1988).
  13. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., Теория поля (М.: Физматлит, 2003), §48, задача 2.
  14. Любарский (Y. Lyubarsky), Astrophys. J. 652, 1297 (2006).
  15. Мак-Крей (R. McCray), Science 154, 1320 (1966).
  16. Пьяцца и др. (A. Di Piazza, C. Müller, K.Z. Hatsagortsyan, and C.H. Keitel), Rev. Mod. Phys. 84, 1177 (2012).
  17. Сагив, Ваксман (A. Sagiv and E. Waxman), Astrophys. J. 574, 861 (2002).
  18. Согласнов (V. Soglasnov), Proc. of the 363 WE-Heraeus Seminar on Neutron Stars and Pulsars ‘‘40 years after the Discovery’’, 68 (2007).
  19. Соллерман и др. (J. Sollerman, J. Selsing, P.M. Vreeswijk, P. Lundqvist, and A. Nyholm), Astron. Astrophys. 629, A140 (2019).
  20. Спада и др. (M. Spada, M. Salvati, and F. Pacini), Astrophys. J. 511, 136 (1999).
  21. Тимиркеева, Малов (M. Timirkeeva and I. Malov), Astrophys. Space Sci. 365, 190 (2020).
  22. Уайлд и др. (J.P. Wild, S.F. Smerd, and A.A. Weiss), Ann. Rev. Astron. Astrophys. 1, 291 (1963).
  23. Хангулян и др. (D. Khangulyan, M.V. Barkov, and S.B. Popov), Astrophys. J. 927 (1), 2 (2022).
  24. Церутти и др. (B. Cerutti, J. Mortier, and A.A. Philippov), MNRAS 463, L89 (2016а).
  25. Церутти и др. (B. Cerutti, A.A Philippov, and A. Spitkovsky), MNRAS 457, 2401 (2016б).
  26. Шкловский (I.S. Shklovsky), Astrophys. J. Lett. 159, L77 (1970).
  27. Эйлек, Ханкинс (J.A. Eilek and T.H. Hankins), J. Plasma Phys. 82, 635820302 (2016).

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».