Нелинейные волны в релятивистской плазме

• Автор: Меликидзе, Георгий Иванович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Тбилиси
• Количество страниц: 142 c. : ил

ГЛАВА I. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ЛИНЕЙНОЙ ТЕОРИИ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ ПЛАЗМЫ
1.1. Исходные уравнения и основные определения
1.2. Ленгмюровские волны
1.3. Волны, распространяющиеся под углом к внешнему магнитному полю
1.4. Некоторые неустойчивости магнитосферной плазмы
ГЛАВА 2. НЕЛИНЕЙНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ ЛЕНГМЮРОВСКИХ ВОЛН
2.1. Нелинейное уравнение Шредингера с учетом нелинейного затухания Ландау
2.2. Нелинейная эволюция ленгмюровских волн с большими значениями фазовых скоростей
2.3. Нелинейная эволюция ленгмюровских волн с фазовыми скоростями,близкими к скорости света
2.4. Нелинейная эволюция ленгмюровских волн, распространяющихся в релятивистской плазме
в сильном внешнем магнитном поле
ГЛАВА 3. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ
3.1. Слабонелинейные электромагнитные волны в
плазме без внешнего магнитного поля
3.2. Нелинейные низкочастотные поперечные волны
в плазме во внешнем магнитном поле
ГЛАВА 4. ПРИЛОЖЕНИЕ К ТЕОРИИ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ
ПУЛЬСАРОВ
4.1. Магнитотормозное излучение солитона
I -волн
4.2. Генерация высокочастотных t -волн солитонами / -волн
4.3. Распространение поперечных волн в магнитосфере пульсаров
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Открытие пульсаров и некоторых других неклассических астрофизических объектов стимулировало интенсивное изучение релятивистской плазмы. Под термином релятивистская плазма подразумевается ионизированный газ, тепловая энергия частиц которой сравнима или больше энергии покоя. Особенно интересным представляется изучение электронно-позитронной плазмы, которая, из-за равенства масс обоих компонентов, по многим аспектам отличается от обычной электронно-ионной плазмы. Релятивистская электронно--позитронная плазма, по всей видимости, является той средой, в которой генерируется весьма своеобразное мощное излучение цуль-саров.
Пульсарам посвящено огромное число статей, обзоров и монографий (см.,например, [1-5]), но теория пульсаров еще далека от завершения. На сегодняшний день обнаружены более 300 пульсаров, периоды повторения импульсов которых лежат в диапазоне от 3,75 сек до 1,56 мсек. Все пульсары излучают в радиодиапазоне, а два пульсара Р5И 0531+21 - в Крабовидной туманности и Р5И 0833-45 -в созвездии Парусов наблюдаются и в высокочастотном диапазоне. Интервалы между импульсами со временем удлиняются. Величина изменения периода, деленная на период, в среднем порядка Ю-13 - 10“^. Мощность излучения в радиодиапазоне у пульсаров варьируется в пределах - Ю3^ эрг/сек. Обычно излучение линейно поляризовано, но встречается и круговая поляризация.
Малые значения периодов и болыцую точность повторения импульсов естественно можно объяснить только вращением достаточно компактного объекта, излучение которого имеет весьма анизотропную диаграмму направленности. В работе [6] впервые была высказа-

на идея, что пульсары - это быстро вращающиеся замагниченные нейтронные звезды.
Конечной стадией эволюции звезды с первоначальной массой в интервале от 1,2 до 2,4 массы Солнца, является объект, который
имеет радиус порядка ^ 10 см и плотность в центральной области порядка 10^ р/см3. В таких условиях конфигурация, построенная из вырожденного нейтронного ферми-газа, оказывается устойчивой. При гравитационном сжатии звезды момент вращения, хотя бы частично, должен сохраняться и этим объясняются большие значения угловой скорости вращения (у пульсара в Крабовидной туманности Я ~ 200 рад/сек, а у среднего пульсара Я ~
6 рад/сек). Закон сохранения магнитного потока приводит к магТО ТО
нитным полям порядка 10 - 10 Г. у поверхности звезды. Кроме
того, есть указания, что эффект "увлечения" протонов вращающимися нейтронами создает магнитные поля того же порядка [7]. Наблюдательные данные подтверждают предположение о наличии сильного магнитного поля у пульсаров [8,9]. Неясным остается вопрос о мультипольности поля.
Внутреннею область нейтронной звезды занимают нейтроны в сверхтекучем состоянии и в небольшом количестве сверхпроводящие протоны и электроны. Эти последние составляют несколько процентов смеси. Предположение о сверхтекучем состоянии нейтронов хорошо объясняет скачкообразные изменения периода пульсаров, после которых скорость вращения пульсаров возрастает по сравнению со значением до звездотрясения [10,11], что подтверждается и лабораторными исследованиями [12].
Наружный слой нейтронной звезды, так называемая наружная кора, отличается наличием ядер Ре56 , окруженных большим чис-

(2.12)
Ц I)°/Р ■’
(2.13)

^2 г)р
«„/> 4г=п-е

(2.14)
где индекс сА определяет сорт частиц, - скорость частиц в системе покоя плазмы. Отметим, что хотя уравнение (2.3) записано в системе волны, все подынтегральные величины в выражениях (2.6)-(2.13) определяются в системе плазмы.
Модуляционная неустойчивость нелинейных волн, описываемых уравнением (2.3), исследуется известным методом [35,139,143]. Инкремент модуляционной неустойчивости возмущения, направление которого совпадает с направлением распространения нелинейной волны, имеет вид:

2.А

(2.15)