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.
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.
Leave a Reply
Щоб відправити коментар вам необхідно авторизуватись.