Bakalářská práce

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

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

Tatiana Rievajová
Anotace

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 …více

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. …více

Zadání práce
Pulzary jsou neutronové hvězdy a představují laboratoře pro studium přírodních zákonitostí v těch nejextrémnějších fyzikálních podmínkách. Neutronové hvězdy také vystupují v celé řadě dalších pozorovatelných astrofyzikálních úkazů jako jsou magnetary, akreující rentgenové zdroje, neutronové dvojhvězdy, mohou interagovat vzájemně nebo s černými děrami a jsou možným zdrojem rychlých rádiových záblesků. Rádiová emise pulzarů je zcela zásadně ovlivněna procesy probíhající v jejich magnetosférách. Standardní model magnetosféry je založen na formování Goldreichových-Julianových proudů, které kompenzují konvektivní elektrická pole vzniklá rotací extrémně silného magnetického pole. V otevřených magnetických smyčkách, ze kterých může plazma uniknou, je nízká hustota a tyto elektrické pole nejsou plně kompenzovány a mohou dosahovat 10$^{12}$ V/m. V těchto oblastech probíhají jiskrové události, v nichž jsou částice urychlovány na ultrarelativistické rychlosti a produkují $\gamma$-fotony, které se rozpadají na elektron-pozitronové páry. Celý proces vytváří mraky částic plazmatu, které propagují podél magnetického pole a září v rádiové oblasti. Cílem práce je simulace vzniku takového mračna v extrémně silných elektrických polích pomocí jedno-dimenzionální particle-in-cell (PIC) simulací, které budou doplněny o fyzikální efekty potřebné k tomuto vzniku - vznik elektron-pozitronových párů. Výstupem práce je popis urychlování primárních částic, rozpad na sekundární částice, časového vývoje plasmatu, elektrických proudů a elektrického a magnetického pole. K simulování jiskrové události bude použit PIC kód Tristan. Postup: 1. Studium fyziky magnetosfér pulzarů, urychlování částic a vznik párů na kinetické úrovni plazmatu 2. Nastavení počátečních a okrajových podmínek v kódu Tristan, doplnění o potřebný numerický popis rozpadů. 3. Spuštění simulace na clusteru Metacentrum. 4. Analýza časového vývoje nestability. 5. Sepsání bakalářské práce se získanými výsledky.
Práce zkontrolována:
25. 5. 2023 11:29, Mgr. Jan Benáček, Ph.D.
Plný text práce
3,6 MB / soubor PDF
Jazyk práce
angličtina angličtina
Termín obhajoby
21. 6. 2023
Práce byla úspěšně obhájena

Vedoucí

Mgr. Jan Benáček, Ph.D.
abs PřF MU

Oponent

Dr. Patricio Muñoz
Technische Universität Berlin, Zentrum für Astronomie und Astrophysik

Konzultant

Mgr. Ing. arch. Petr Kurfürst, Ph.D., učo 175980
ÚTFA Fyz PřF MU

Masarykova univerzita Přírodovědecká fakulta
Studijní program
Plán
Astrofyzika
  • Přidání souboru

    Soubor nebo složku lze nahrát pomocí tlačítka Přidat.
  • Další operace se soubory

    Podrobnosti lze zjistit označením příslušného řádku.
  • Pohled pro experty

    Pro častou práci je možné zvolit režim Více možností.
  • Vyhledávání souborů

    Vyhledávaný výraz můžete zadat přímo do adresního řádku.
  • Rychlý přístup k souborům

    Pomocí funkce Nedávné je možné se rychle vrátit k právě prohlíženým souborům. Oblíbené soubory je také možné označit Hvězdičkou.