Naukowcy zaproponowali teorię wyjaśniającą powstawanie emisji radiowej przez pulsary w wyniku grawitacyjnych przejść elektronów.
Grupa rosyjskich astrofizyków z National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics (St. Petersburg) opracowała teorię wyjaśniającą mechanizm promieniowania pulsarów w zakresie radiowym.
Pulsary nazywane są kosmicznymi źródłami okresowo zmieniającego się promieniowania (posiada „puls”). Może znajdować się w zakresie optycznym, rentgenowskim, radiowym i gamma. Astronomowie uważają, że pulsary to gwiazdy neutronowe z silnym polem magnetycznym, które jest nachylone względem osi obrotu, więc promieniowanie pulsuje. To jest opis ogólny, dokładny mechanizm emisji radiowej nie został jeszcze ustalony.
Artykuł opublikowany w The Astrophysical Journal przez grupę badawczą kierowaną przez N. Teplyakova zawiera wyjaśnienie, które dobrze zgadza się z obserwowanymi cechami promieniowania w zakresie radiowym. Emisja radiowa z pulsarów ma pewną osobliwość: zawsze występuje na tej samej częstotliwości (spójnie).
Istnieje kilka hipotez wyjaśniających mechanizm promieniowania, ale model opracowany przez naukowców z Petersburga ma większą dokładność i wyraźne znaczenie fizyczne. Zakłada się, że fale radiowe są emitowane podczas przejścia elektronów między poziomami energii, które powstają, gdy podwójna warstwa elektryczna oddziałuje z przyciąganiem grawitacyjnym.
Podwójna warstwa naładowanych cząstek pojawia się na górnej „powierzchni” - lub „atmosferze” - pulsara, który składa się z plazmy. Pole grawitacyjne gwiazdy neutronowej jest tak silne, że cząstki naładowane rozkładają się masowo w stosunku do powierzchni: ciężkie jony są przyciągane silniej, a lekkie elektrony „wypływają”. W rezultacie separacja jest tworzona nie tylko przez masę, ale także przez ładunek cząstek: powstaje podwójna warstwa elektryczna. Na elektrony działają dwie siły: z jednej strony są one odpychane z ujemnie naładowanej warstwy, z drugiej istnieje silne przyciąganie grawitacyjne, więc nie mogą one latać w przestrzeń kosmiczną.
Dążąc do stanu z minimalną energią potencjalną, elektrony wpadają do studni potencjalnej, w której powstają pewne związane stany energetyczne. Odległość między poziomami energii zależy od siły grawitacji i średnio dla pulsarów wynosi 1,7 × 10-6 elektronowoltów, co odpowiada emisji radiowej w obszarze 400 megaherców.
Koherencję promieniowania wyjaśniają dokładnie przejścia między poziomami: odległość między nimi jest stała.
Film promocyjny:
Wyjaśniono również kierunkowość promieniowania. Pole magnetyczne pulsara jest bardzo silne i silniej oddziałuje na elektrony niż grawitacyjne. A opisany mechanizm działa tylko w pobliżu biegunów, gdzie pole magnetyczne jest jednolite i skierowane prostopadle do powierzchni, podobnie jak magnetyczne. Konieczne jest również uwzględnienie poziomów Landaua, które naładowana cząstka może zajmować podczas poruszania się w polu magnetycznym. Pole elektryczne gwiazdy powinno być skierowane równolegle do powierzchni, aby uniknąć miejscowych zaburzeń poziomów energii.
Kierunek promieniowania dipola elektrycznego (promieniowanie ED) i dipola magnetycznego (promieniowanie MD) do pulsara; po prawej stronie pokazano poziomy energii i przejścia między nimi, powodujące różne rodzaje promieniowania / N. Teplyakov i wsp., The Astrophysical Journal.
W rezultacie przejścia między sąsiednimi poziomami grawitacyjnymi na tym samym poziomie Landaua prowadzą do elektrycznego promieniowania dipolowego rozproszonego prostopadle do kierunku pola magnetycznego, równolegle do powierzchni gwiazdy neutronowej. Promieniowanie to jest spolaryzowane liniowo i ma widmo kątowe w kształcie wachlarza.
Drugi możliwy rodzaj przejścia to jednoczesne przejście między poziomami grawitacyjnymi i magnetycznymi. W tym przypadku promieniowanie magnetyczno-dipolowe pojawia się wzdłuż osi gwiazdy, która ma eliptyczną polaryzację. Ta opcja jest możliwa dla pulsarów o stosunkowo słabym polu magnetycznym, mniejszym niż 1011 Gaussów, ponieważ jej realizacja wymaga znacznego wypełnienia poziomów Landau.
Teoria może pomóc wyjaśnić sytuacje, które nie są standardowe dla pulsarów radiowych.
Anton Bugaychuk