Zur Dynamik relativistischer Teilchen in astrophysikalischen Plasmen

Mit der vorliegenden Arbeit wird die weltweit erste numerische
Simulation eines selbstinduzierten freien Elektronen Lasers (FEL)
vorgestellt. Zu ihrer Durchf¨uhrung wurde ein massen– und
energieerhaltender ”Particle in Cell Code“–(PIC) verwendet, der es
erlaubt eine Region in einer Pulsarmagnetosph¨are entsprechend der
kinetischen Plasmatheorie zu behandeln und damit den dort
agierenden FEL–Prozeß zu modellieren. Zun¨achst wird die Existenz
eines FEL–Szenarios in einer Pulsarmagnetosph¨are motiviert und die
physikalischen Parameter an einem solchen Ort dargelegt.
Anschließend werden die f¨ur diese Arbeit relevanten Teile der
relativistischen, kinetischen Plasmatheorie erarbeitet, soweit dies
f¨ur das Verst¨andnis des FEL notwendig ist. Nach einer genauen
Beschreibung der verwendeten, numerischen Verfahren werden die
Ergebnisse aus der Simulation im Detail diskutiert. Dabei wird
nicht nur auf das Anwachsen von elektrostatischen Langmuirwellen
eingegangen, sondern auch die Energetik der beteiligten Plasmen und
der emittierten Strahlung genau besprochen. In der Simulation
zeigen sich viele, bisher nur in theoretischen Arbeiten
vorhergesagte Vorg¨ange, deren prognostiziertes Auftreten in der
Natur nun noch st¨arker untermauert werden kann. Insgesamt
best¨atigen die Ergebnisse aus der Simulation auf eindrucksvolle
Weise die Vorstellung, wie ein FEL–Prozeß in einer Pulsarmagnetosph
¨are ablaufen soll. Sowohl die Zeitskalen, als auch die emittierte
Leistung und Frequenzen lassen sich gut mit den Erkenntnissen aus
den Radiobeobachtungen von Pulsaren in Einklang bringen, was ein
starkes Argument f¨ur den FEL als zugrundeliegenden, koh¨arenten
Emissionsmechanismus bei Pulsaren ist.