Астрофізики розробили теорію, яка пояснює радіовипромінювання пульсарів

Астрофізики розробили теорію, яка пояснює радіовипромінювання пульсарів

Науковці запропонували теорію, яка пояснює утворення радіовипромінювання пульсарами через гравітаційні переходи електронів.

Група російських астрофізиків з Національного дослідницького університету інформаційних технологій, механіки і оптики (Санкт-Петербург) розробила теорію, яка пояснює механізм випромінювання пульсарів в радіодіапазоні.

Пульсарами називають космічні джерела випромінювання, яке періодично змінюється (має «пульс»). Випромінювання може бути в оптичному, рентгенівському, радіо- і гамма-діапазоні. Астрономи вважають, що пульсари – це нейтронні зірки з сильним магнітним полем, яке нахилене по відношенню до осі обертання, тому випромінювання виходить пульсуючим. Це загальний опис, точний механізм радіовипромінювання ще не встановлено.

Опублікована в The Astrophysical Journal стаття дослідницької групи під керівництвом Н. Теплякова пропонує пояснення, яке добре збігається з спостережуваними особливостями випромінювання в радіодіапазоні. Радіовипромінювання пульсарів має особливість: воно завжди відбувається на одній і тій же частоті (когерентно).

Існує кілька гіпотез пояснення механізму випромінювання, але розроблена петербурзькими науковцями модель володіє більшою точністю і зрозумілим фізичним змістом. Припускають, що радіохвилі випромінюються при переході електронів між енергетичними рівнями, які утворюються при взаємодії подвійного електричного шару з гравітаційним притяганням.

Подвійний шар заряджених частинок виникає на верхній «поверхні» – або «атмосфері» – пульсара, яка складається з плазми. Гравітаційне поле нейтронної зірки настільки сильне, що заряджені частинки розподіляються по масі щодо поверхні: важкі іони притягуються сильніше, а назовні «спливають» легкі електрони. В результаті формується поділ не тільки по масі, але і по заряду частинок: утворюється подвійний електричний шар. На електрони діють дві сили: з одного боку, вони відштовхуються від негативно зарядженого шару, з іншого – існує потужне гравітаційне тяжіння, тому полетіти в космічний простір вони не можуть.

Прагнучи до стану з мінімумом потенційної енергії, електрони потрапляють до потенційної ями, де формуються певні пов’язані енергетичні стани. Відстань між енергетичними рівнями залежить від сили гравітації і в середньому для пульсарів дорівнює 1,7 × 10 -6 електронвольт, що відповідає радіовипромінюванню в межах 400 мегагерц.

Когерентність випромінювання пояснюють саме переходами між рівнями: відстань між ними постійна.

Пояснюють і спрямованість випромінювання. Магнітне поле пульсара дуже потужне і впливає на електрони сильніше гравітаційного. І описаний механізм працює лише близько полюсів, де магнітне поле однорідне і направлено перпендикулярно поверхні, як і магнітне. Також необхідно враховувати рівні Ландау, які може займати заряджена частка при русі поперек магнітного поля. Електричне поле зірки повинно бути направлено паралельно поверхні, щоб не виникло локальних порушень енергетичних рівнів.

Астрофізики розробили теорію, яка пояснює радіовипромінювання пульсарів
Напрямок електро-дипольного (ED radiation) і магнітно-дипольного (MD radiation) випромінювання пульсара; праворуч показані енергетичні рівні і переходи між ними, що викликають різні типи випромінювання / © Н. Тепляков та ін., The Astrophysical Journal

В результаті переходи між сусідніми гравітаційними рівнями в рамках одного рівня Ландау призводять до електро-дипольного випромінювання, розподіленого перпендикулярно напрямку магнітного поля, паралельно поверхні нейтронної зірки. Це випромінювання лінійно поляризованого і має віялоподібні кутовий спектр.

Другий можливий тип переходу – між гравітаційними і магнітними рівнями одночасно. При цьому виникає магнітно-дипольне випромінювання уздовж осі зірки, що має еліптичну поляризацію. Цей варіант можливий для пульсарів з порівняно слабким магнітним полем, менше 10 11 гаусів, так як для його реалізації потрібна значне заповнення рівнів Ландау.

Теорія може допомогти в поясненні нестандартних для радіопульсарів ситуацій.

Залиш коментар першим

Залишити коментар