Загадка сияния пульсаров
Астрофизики выяснили, что периодические радиовспышки от пульсаров – вращающихся нейтронных звезд – оказались связаны с непрерывным циклом появления и уничтожения частиц материи и антиматерии в их магнитосфере. Статью с описанием исследования опубликовал научный журнал Physical Review Letters. "Этот процесс в чем-то похож на то, как рождаются молнии. Внезапно возникающие разряды электричества порождают множество электронов и позитронов, из-за взаимодействий которых формируются электромагнитных волн, похожих на послесвечение молний", – объяснил один из авторов исследования, астрофизик из Института Флэтайрон (США) Александр Филиппов.
Пульсары – это особый вид нейтронных звезд, остатков взорвавшихся сверхновых, от полюсов которых исходят узкие пучки радиоволн и других форм электромагнитного излучения. Обычно "новорожденные" пульсары вращаются очень быстро, однако постепенно они замедляются, расходуя энергию вращения на излучение. Несмотря на то, что ученые знают о существовании многих тысяч пульсаров как в Млечном Пути, так и в соседниВ рех галактиках, многие их свойства остаются загадкой для астрофизиков, в частности, структура и свойства материи, а также механизм возникновения радиовспышек у их полюсов.
Сейчас ученые предполагают, что эти сигналы из-за процесса, который преобразует энергию вращения пульсаров в пучки электромагнитных волн, которые излучаются в окрестностях магнитных полюсов нейтронной звезды. Как именно работает этот механизм, астрономы и физики пока не могут точно сказать. Но они предполагают, что этот процесс связан со сверхмощными электрическими и магнитными полями, которые порождает нейтронная звезда.
Филиппов и его коллеги предложили новое объяснение тому, как именно появляются эти сигналы. Ученые просчитали, как ведет себя плазма, которая попадает в непосредственную близость от оверхности пульсара – туда, где господствуют особенно сильные магнитные и электрические поля. Они разгоняют электроны и другие заряженные частицы из этой плазмы и заставляют их двигаться с околосветовой скоростью. Из-за этого частицы постоянно вырабатывают вспышки гамма-излучения высокой энергии. Благодаря мощным магнитным и электрическим полям фотоны этого излучения периодически превращаются в материю и антиматерию, пары электронов и позитронов.
Через некоторое время эти частицы сближаются друг с другом и самоуничтожаются, в результате чего образуются новые фотоны, и процесс зацикливается. Как показывают расчеты астрофизиков, в результате в плазме возникают особые возмущения, которые в конечном итоге заставляют электрическое поле пульсара колебаться. Из-за этого и происходят те периодические радиовспышки, которые фиксируют наземные и космические радиотелескопы.
В ближайшее время ученые планируют создать более детальную модель, которая описывала бы происхождение этих колебаний электрического поля нейтронной звезды, чтобы ее можно было использовать для того, чтобы проверить эту теорию экспериментально, при наблюдениях за пульсарами. Если это удастся сделать, астрофизики смогут понять, как рождаются так называемые "глитчи" – резкие рывки в скорости вращения пульсара. Предположительно они связаны с пока неизвестными нам внутренними процессами в недрах этих мертвых звезд. Если ученые узнают их природу, то смогут сделать точнее навигационные системы космических аппаратов, которые используют пульсары в качестве ориентиров.