Астрофизики разработали теорию, объясняющую радиоизлучение пульсаров — Naked Science
8 минут
Редакция

Астрофизики разработали теорию, объясняющую радиоизлучение пульсаров

Ученые предложили теорию, объясняющую образование радиоизлучения пульсарами через гравитационные переходы электронов.

11-0_
©Wikipedia

Группа российских астрофизиков из Национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (Санкт-Петербург) разработала теорию, объясняющую механизм излучения пульсаров в радиодиапазоне.

 

Пульсарами называют космические источники периодически изменяющегося излучения (оно имеет «пульс»). Оно может быть в оптическом, рентгеновском, радио- и гамма-диапазоне. Астрономы считают, что пульсары — это нейтронные звезды с сильным магнитным полем, которое наклонено по отношению к оси вращения, поэтому излучение получается пульсирующим. Это общее описание, точный механизм радиоизлучения еще не установлен.

 

Опубликованная в The Astrophysical Journal статья исследовательской группы под руководством Н. Теплякова предлагает объяснение, хорошо совпадающее с наблюдаемыми особенностями излучения в радиодиапазоне. Радиоизлучение пульсаров имеет особенность: оно всегда происходит на одной и той же частоте (когерентно).

 

Существует несколько гипотез объяснения механизма излучения, но разработанная петербургскими учеными модель обладает большей точностью и понятным физическим смыслом. Предполагают, что радиоволны излучаются при переходе электронов между энергетическими уровнями, которые образуются при взаимодействии двойного электрического слоя с гравитационным притяжением.

 

Двойной слой заряженных частиц возникает на верхней «поверхности» — или «атмосфере» — пульсара, которая состоит из плазмы. Гравитационное поле нейтронной звезды настолько сильно, что заряженные частицы распределяются по массе относительно поверхности: тяжелые ионы притягиваются сильнее, а наружу «всплывают» легкие электроны. В результате формируется разделение не только по массе, но и по заряду частиц: образуется двойной электрический слой. На электроны действуют две силы: с одной стороны, они отталкиваются от отрицательно заряженного слоя, с другой — существует мощное гравитационное притяжение, поэтому улететь в космическое пространство они не могут.

 

Стремясь к состоянию с минимумом потенциальной энергии, электроны попадают в потенциальную яму, где формируются определенные связанные энергетические состояния. Расстояние между энергетическими уровнями зависит от силы гравитации и в среднем для пульсаров равно 1,7×10−6 электронвольт, что соответствует радиоизлучению в области 400 мегагерц.

 

Когерентность излучения объясняют именно переходами между уровнями: расстояние между ними постоянно.

 

Объясняют и направленность излучения. Магнитное поле пульсара очень мощное и влияет на электроны сильнее гравитационного. И описанный механизм работает лишь около полюсов, где магнитное поле однородно и направлено перпендикулярно поверхности, как и магнитное. Также необходимо учитывать уровни Ландау, которые может занимать заряженная частица при движении поперек магнитного поля. Электрическое поле звезды должно быть направлено параллельно поверхности, чтобы не возникло локальных нарушений энергетических уровней.

 

Направление электродипольного (ED radiation) и магнитно-дипольного (MD radiation) излучениев пульсара; справа показаны энергетические уровни и переходы между ними, вызывающие различные типы излучения / © Н. Тепляков и др., The Astrophysical Journal

 

В результате переходы между соседними гравитационными уровнями в рамках одного уровня Ландау приводят к электродипольному излучению, распределенному перпендикулярно направлению магнитного поля, параллельно поверхности нейтронной звезды. Это излучение линейно поляризировано и имеет веерообразный угловой спектр.

 

Второй возможный тип перехода — между гравитационными и магнитными уровнями одновременно. При этом возникает магнитно-дипольное излучение вдоль оси звезды, имеющее эллиптическую поляризацию. Этот вариант возможен для пульсаров со сравнительно слабым магнитным полем, менее 1011 гауссов, так как для его реализации требуется значительное заполнение уровней Ландау.

 

Теория может помочь в объяснении нестандартных для радиопульсаров ситуаций.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
9 апреля
2 минуты
Илья Ведмеденко

Компания Leidos поставила Военно-морским силам США автономный корабль Seahawk — «побратима» знаменитого Sea Hunter.

9 апреля
5 минут
Ольга Иванова

Международная группа ученых, в которую вошли исследователи из России, показала, что одомашненные овцы и козы появились в Центральной Азии намного раньше, чем считалось. Это может изменить видение истории региона в древности.

Вчера, 06:49
7 минут
Александр Речкин

12 апреля исполняется 60 лет со дня первого полета человека в космос. В 1961 году советский космонавт Юрий Гагарин на космическом корабле стартовал с космодрома Байконур и впервые в мире совершил орбитальный облет Земли. Полет в околоземном космическом пространстве продлился один час и 48 минут, после чего Гагарин успешно приземлился.

Вчера, 06:49
7 минут
Александр Речкин

12 апреля исполняется 60 лет со дня первого полета человека в космос. В 1961 году советский космонавт Юрий Гагарин на космическом корабле стартовал с космодрома Байконур и впервые в мире совершил орбитальный облет Земли. Полет в околоземном космическом пространстве продлился один час и 48 минут, после чего Гагарин успешно приземлился.

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

9 апреля
51 минута
Александр Березин

9 апреля 1940 года Германия внезапно напала на Данию и Норвегию — выполнив тем самым планы британского командования, пытавшегося спровоцировать Берлин на такое нападение. Но дальше все пошло не по плану: Германия победила, союзники проиграли. Тем не менее в этой битве выиграли не только немцы. Парадоксальным образом она помешала и англо-французским планам нападения на СССР в 1940 году, что радикально изменило ход и исход всей мировой войны. Попробуем разобраться в деталях.

17 марта
12 минут
Василий Парфенов

Продолжавшееся более пяти лет уголовное дело подошло к завершению: серийного сетевого сексуального маньяка осудили на 75 лет тюремного заключения. Чтобы поймать человека, растлившего 375 несовершеннолетних девушек, потребовалось пойти на беспрецедентные и этически спорные меры: создать вредоносное ПО и подсунуть злоумышленнику видеоловушку со встроенным вирусом.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: