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status_changed: 2016-07-26 08:26:51
type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Giacchè, Simone
title: Electron and positron acceleration at pulsar wind termination shocks
title_de: Elektron und Positron Beschleunigung bei Wind Termination Shock Pulsar
subjects: ddc-520
subjects: ddc-530
divisions: i-130001
divisions: i-851340
adv_faculty: af-13
keywords: particle acceleration
pulsar
pulsar wind
abstract: Many astrophysical sources are very efficient particle accelerators. Among these, Pulsar Wind Nebulae (PWNe) are excellent 
laboratories to study the acceleration mechanism because of their proximity and brightness.
In these objects, the rotational energy extracted from the central pulsar is converted in a striped-wind consisting of 
relativistic electrons and positrons and large-amplitude electromagnetic fields. When the wind impacts with the surrounding 
medium, a relativistic shock forms where the ordered flow of the pulsar becomes randomised and energetic particles emit 
Synchrotron and Inverse Compton radiation.
We study the conversion of the pulsar wind in a strong superluminal wave. The conversion is triggered by the interaction of 
the wind with the shock when this is sufficiently far away from the pulsar. The shock structure is modified by the 
superluminal wave and the properties of the modified shock (precursor) depend on the Lorentz factor and magnetisation of the 
incoming wind. A relatively large fraction of electrons and positrons in the wind is energised and reflected by the turbulent
electromagnetic fields in the precursor and is available for further acceleration. We suggest that the onset of the precursor
is a solution to the problem of injection in the acceleration mechanism. We investigate the acceleration of the injected 
particles and we find that it proceeds in two distinct regimes, determined by the relative magnitude of the wavelength of the
wind stripes and of the gyro-radius of energetic particles. We discuss the implications of this acceleration scenario in the 
context of PSR B1259-63, a pulsar powering a PWNe in a binary system.
abstract_translated_text: Viele astrophysikalische Quellen sind effiziente Teilchenbeschleuniger. 
Unter diesen Quellen eignen sich Pulsar Wind Nebulae (PWNe) aufgrund 
ihrer N\"{a}he und Helligkeit hervorragend f\"{u}r das Studium des 
Beschleunigungsmechanismus. In diesen Objekten wird die Rotationsenergie 
des zentralen Pulsars in einen gestreiften Wind (striped-wind) verwandelt, 
welcher sich aus Elektronen, Positronen und elektromagnetischen Feldern 
hoher Amplitude zusammensetzt. An der Stelle, an der der Wind auf die 
umgebende Materie trifft, entsteht eine relativistische Sto{\ss}front, die 
die einstr\"{o}mende Energie thermalisiert und bewirkt, dass die darin 
enthaltenen Teilchen Synchrotron- und Inverse-Compton-Strahlung emittieren.\\
Wir untersuchen die Umwandlung des Windes in eine elektromagnetische
Welle mit hoher Amplitude und einer Phasengeschwindigkeit, die die des
Lichts \"{u}bertrifft (superluminal wave). Die Umwandlung wird durch die
Wechselwirkung des Windes mit der Sto{\ss}front bewirkt, vorausgesetzt, dass 
diese sich in ausreichender Entfernung des Pulsars befindet. Die Struktur 
der Sto{\ss}front wird dadurch ver\"{a}ndert und erh\"{a}lt, abh\"{a}ngig vom Lorentzfaktor 
und vom Magnetisierungsgrad des Windes, einen sog. Vorl\"{a}ufer (Precursor).  
Ein verh\"{a}ltnism\"{a}{\ss}ig hoher Anteil der einstr\"{o}menden Teilchen wird in diesem 
Precursor (vor)beschleunigt und gespiegelt und erf\"{u}llt dadurch die 
Voraussetzungen, um weiter beschleunigt zu werden. Die Entstehung des 
Precursors l\"{o}st damit das Injektionsproblem des sekund\"{a}ren Beschleunigungsmechanismus. 
Wir untersuchen diesen Mechanismus und finden unterschiedliche Eigenschaften 
in zwei getrennten Parameterbereichen, die durch die relative Gr\"{o}sse des 
Gyrationsradius und der Wellenl\"{a}nge der Streifen definiert sind. Wir diskutieren
diesen Beschleunigungs Szenario im Zusammenhang mit dem Objekt PSR
B1259-63, einem bekannten Bin\"{a}rpulsar.
abstract_translated_lang: ger
date: 2016
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00021589
ppn_swb: 1658529936
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-215894
date_accepted: 2016-06-22
advisor: HASH(0x561a627bae10)
language: eng
bibsort: GIACCHESIMELECTRONAN2016
full_text_status: public
citation:   Giacchè, Simone  (2016) Electron and positron acceleration at pulsar wind termination shocks.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/21589/1/giacche_phd-thesis.pdf