Particle-in-cell simulace jiskrových údálostí v polarních čepičkách pulzarů

Bc. Tatiana Rievajová

Bachelor's thesis

Particle-in-cell simulations of sparking event in pulsar polar caps

Abstract:

Radiová emise pulsarů je úzce spjata s procesy v jejich magnetosféře. Rotující magnetické pole vytváří konvektivní elektrická pole, které jsou kompenzovány Goldreich-Julianovými proudy všude kromě oblastí v polárních čepičkách, které mají nízkou hustotu plazmatu. V těchto oblastech dochází k řadě plasmových nestabilit během takzvaných jiskrových událostí, které jsou zdrojem rádiové emise. Konvektivní elektrické pole urychluje částice na ultrarelativistické rychlosti a ty poté emitují gamma fotony, které se rozpadají na elektron-pozitronové páry. Cílem práce je analyzovat časový vývoj jiskrové události pomocí particle-in-cell kódu TRISTAN s nezbytnými implementacemi vzniku nových částic v gyrokinetické aproximaci v extrémně silných magnetických polí.

Abstract:

The radio emission of pulsars is closely connected with processes in their magnetospheres. The rotating magnetic field creates a convective electric field that is compensated by Goldreich-Julian currents everywhere except the polar caps regions with low plasma density. In these regions, a number of instabilities occur during so-called sparking events which are the sources of radio emission. The convective electric field accelerates the particles to ultrarelativistic velocities and the particles then emit gamma-ray photons which decay in electron-positron pairs. The goal of the thesis is to analyse the time evolution of the sparking event using TRISTAN particle-in-cell code with necessary implementations of pair creation with gyrokinetic approximation in strong magnetic fields.

Keywords

pulzar, particle-in-cell, simulace, jiskrová událost, pulsar, simulation, sparking event

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 5. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 21. 6. 2023
• Supervisor: Mgr. Jan Benáček, Ph.D.
• Reader: Dr. Patricio Muñoz

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Physics / Astrophysics