Jednostavan model sinkrotronskog zračenja iz maglice pulsarovog vjetra

master's thesis

• Title (english): A simple model of synchrotron radiation from pulsar wind nebula
• Author: Andrea Kroflin
• Mentor: Tihomir Surić (mentor)
• Mentor: Ivica Smolić (mentor)
• Committee member: Tihomir Surić (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Ivica Smolić (član povjerenstva)
• Committee member: Emil Tafra (član povjerenstva)
• Committee member: Davor Horvatić (član povjerenstva)
• Committee member: Matko Milin (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Science; (Department of Physics); Zagreb
• Defense date and country: 2020-01-15, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: NATURAL SCIENCES; Physics

Abstract

Na kraju svog razvoja, kad potroši sva raspoloživa sredstva za odvijanje nuklearnih reakcija, zvijezda velike mase i golemih dimenzija eksplodira. Njeno središte, u kojem se nuklearnim reakcijama bilo stvorilo željezo, postalo je sve nestabilnije jer tlak degeneriranog elektronskog plina više nije mogao održavati ravnotežu s gravitacijom i urušio se u objekt puno manje mase i manjih dimenzija, nego što je imala zvijezda od koje je nastao. Taj dobiveni ostatak supernove gusto je građen od nuklearne materije kojom prevladavaju neutroni i zove se neutronska zvijezda. Neutronske zvijezde vrlo jakog magnetskog polja i izrazito brze rotacije oko vlastite osi nazivaju se pulsari. Jako magnetsko polje rotira zajedno s pulsarom zbog čega pulsar gubi kinetičku energiju rotacije i usporava, a spomenuta energija pretvara se u kinetičku energiju potrebnu za ubrzavanje relativističkih i ultrarelativističkih elektrona i pozitrona stvorenih u blizini pulsara čineći zajedno s magnetskim poljem pulsarov vjetar. U magnetskom polju elektroni i pozitroni vrte se oko silnica magnetskog polja gibajući se po spiralnoj putanji zbog čega emitiraju sinkrotronsko zračenje na frekvencijama od radiovalova do X-zraka i niskoenergijskih 𝛾-zraka. Pulsarov vjetar zajedno sa zračenjem kojeg stvara čini maglicu pulsarovog vjetra koja se prostire na nekoliko svjetlosnih godina i koja sadrži relativno slabo magnetsko polje. U ovom radu bavit ću se jednostavnim modelom sinkrotronskog zračenja, kao glavnim mehanizmom nastanka elektromagnetskog zračenja iz maglice pulsarovog vjetra, koji uključuje netermalne raspodjele energija elektrona i pozitrona kao i uniformna magnetska polja reda veličine od miligaussa do mikrogaussa. Najprije ću izvesti snagu i spektar sinkrotronskog zračenja jednog elektrona, odnosno, pozitrona te, pomoću dobivenog rezultata i pretpostavljenih raspodjela energija elektrona i pozitrona i pretpostavljene jakosti magnetskog polja, ću opisati spektar sinkrotronskog zračenja svih elektrona, odnosno, pozitrona iz maglice pulsarovog vjetra.

Abstract (english)

Once all the available resources for nuclear reactions have been exhausted, a giant star explodes as a supernova. Its iron core, which has become unstable because its electron degeneracy pressure can no longer maintain equilibrium with gravity, undergoes core collapse producing a much lighter and smaller object than progenitor star had been. It consists of high density nuclear matter, mostly neutrons and therefore it is called a neutron star. Highly magnetized neutron stars spinning with an extremely short period are called pulsars. Strong magnetic field rotates along with the pulsar, causing the pulsar’s rotation energy loss as well as its spin down. During this process its rotation energy loss is converted into kinetic energy as acceleration of relativistic and ultra-relativistic electrons and positrons created in the vicinity of the pulsar, which along with a magnetic field comprise the pulsar wind. Electrons and positrons are spinning around the magnetic field lines with the spiral trajectories causing synchrotron continuum radiation with wavelengths from radio to X-rays and low energy 𝛾-rays. The pulsar wind and its radiation form the pulsar wind nebula stretching a distance of several light years and containing rather weak magnetic field. In this thesis I shall study a simple model of synchrotron radiation as the main origin of electromagnetic radiation from pulsar wind nebula including non-thermal electron and positron power-law energy distributions as well as uniform magnetic fields ranging from milligauss up to microgauss scale. First, I shall derive luminosity and a single electron and positron synchrotron radiation spectrum. Using the acquired results and assumed electron and positron energy distributions and magnetic field strength, I shall give a description of the synchrotron radiation coming from the entire number of electrons and positrons in the pulsar wind nebula.

• Keywords: neutronska zvijezda; pulsar; pulsarov vjetar; sinkrotronsko zračenje; maglica pulsarovog vjetra
• Keywords (english): neutron star; pulsar; pulsar wind; synchrotron radiation; pulsar wind nebula
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:217:870246
• Study programme: Title: Physics; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra fizike (magistar/magistra fizike)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2020-03-12 11:58:24