Intrabinary Shocks in Spider Pulsars

Abstract

Nøytronstjerner i binære systemer er god grobunn for høyenergifenomener. Ettersom baneseparasjonen til følgestjernen deres reduseres over en lang tidsskala, kan nøytronstjernen begynne å "suge inn" (akkresjonere) materie fra sin partnerstjerne. I edderkopppulsarer har denne akkresjonsprosessen pågått lenge nok til at partneren har en veldig lav masse og nøytronstjernen har fått nok dreiemoment til å rotere med en periode på <30 ms. Denne rotasjonen, sammen med dets magnetiske felt, driver en sterk partikkelvind som ablaterer følgesvennen. Ved trykkbalansepunktet mellom denne pulsarvinden og partnerens stjernevind dannes det et såkalt intrabinært sjokk som lyser i røntgen- og gamma-stråling. I denne bacheloroppgaven skisserer jeg den fysiske teorien bak intrabinære sjokk. Jeg oppsummerer deretter bevisene for deres eksistens, med tanke på observasjoner i røntgen- og gamma-strålebåndet. Til slutt diskuterer jeg områder av pågående undersøkelser innen intrabinære sjokk, som gamma-stråleemisjon ved TeV-energier, magnetisk trykk som et alternativ til gasstrykk i dannelsen av det intrabinære sjokk, effekten av pulsarbestråling på stjernevinden, og ulike modeller for intrabinær sjokkpartikkelakselerasjon.

Neutron stars in binary systems are hotbeds of high-energy phenomena. As the orbital separation to their companion star lessens over a long timescale, the neutron star can start "sucking in" (accreting) matter from its companion star. In spider pulsars, this accretion process has gone on for long enough for the companion to have a very low mass and the neutron star to have gained enough angular momentum to rotate with a period of <30 ms. This rotation, along with its magnetic field, powers a strong particle wind that ablates the companion. At the pressure balance point between this pulsar wind and the companion's stellar wind, a so-called intrabinary shock forms, luminous in X-rays and gamma-rays. In this bachelor thesis, I outline the physical theory behind intrabinary shocks. I then summarize the evidence for their existence, considering observations in the X-ray and gamma-ray band. Lastly, I discuss areas of ongoing investigation within the field of intrabinary shocks, such as gamma-ray emission at TeV energies, magnetic pressure as an alternative to gas pressure in the formation of the intrabinary shock, the effect of pulsar irradiation on the stellar wind, and different models for intrabinary shock particle acceleration.