Neutron stars are among the most fascinating astrophysical sources, being characterized by strong gravity, densities about the nuclear one or even above, and huge magnetic fields. Their observational signatures can be extremely diverse across the electromagnetic spectrum, ranging from the periodic and low-frequency signals of radio pulsars, up to the abrupt high-energy gamma-ray flares of magnetars, where energies of are released in a few seconds. Fast-rotating and highly magnetized neutron stars are expected to launch powerful relativistic winds, whose interaction with the supernova remnants gives rise to the non-thermal emission of pulsar wind nebulae, which are known cosmic accelerators of electrons and positrons up to PeV energies. In the extreme cases of proto-magnetars (magnetic fields of G and millisecond periods), a similar mechanism is likely to provide a viable engine for the still mysterious gamma-ray bursts. The key ingredient in all these spectacular manifestations of neutron stars is the presence of strong magnetic fields in their constituent plasma. Here we will present recent updates of a couple of state-of-the-art numerical investigations by the high-energy astrophysics group in Arcetri: a comprehensive modeling of the steady-state axisymmetric structure of rotating magnetized neutron stars in general relativity, and dynamical 3D MHD simulations of relativistic pulsar winds and their associated nebulae.
中性子星は、最も魅力的な天体物理学的源の一つであり、強い重力、核密度程度またはそれ以上の密度、そして巨大な磁場を特徴とする。その観測的特徴は、電磁スペクトル全体にわたって極めて多様であり、電波パルサーの周期的で低周波の信号から、マグネターの突発的な高エネルギーガンマ線フレアまで及ぶ。後者では、数秒間に のエネルギーが放出される。高速回転し、強く磁化された中性子星は、強力な相対論的風を放出すると予想され、その風と超新星残骸との相互作用が、パルサー星雲の非熱的放射を生み出す。パルサー星雲は、PeVエネルギーまでの電子・陽電子の宇宙線加速器として知られている。原始マグネターの極端な場合（ Gの磁場とミリ秒周期）には、同様のメカニズムが、いまだ謎に包まれたガンマ線バーストの有力なエンジンを提供する可能性が高い。これらすべての中性子星の壮観な現象における鍵となる要素は、その構成プラズマ中に強い磁場が存在することである。本稿では、Arcetriの高エネルギー天体物理学グループによる、最先端の数値シミュレーションに関する最近の進展を紹介する。すなわち、一般相対論における回転磁化中性子星の定常軸対称構造の包括的モデリングと、相対論的パルサー風およびそれに付随する星雲の動的3D MHDシミュレーションである。