Астрофизики разработали теорию, объясняющую радиоизлучение пульсаров — Naked ScienceNaked Science
12.04.2018, 03:40
8 минут
Naked Science
20

Астрофизики разработали теорию, объясняющую радиоизлучение пульсаров

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

11-0_

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.

18 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Военные США могут вооружиться перспективной винтовкой RM277, использующей мощные 6,8-миллиметровые патроны.

Вчера, 23:06
6 минут
Полина Гершберг

Серия землетрясений разбудила «спящий» тектонический разрыв. Изучение этого явления показало, что мощные подземные толчки в некоторых регионах почти невозможно прогнозировать.

17 октября
4 минуты
Никита Шевцов

Ученые обнаружили, что один из нейропсинов — светочувствительных пигментов — может изменять циркадные ритмы крыс, синхронизируя их с циклом дня и ночи.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

16 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Ученые сравнили состояние мозга женщин, имеющих детей, и тех, у кого их никогда не было. Выводы оказались более чем интересны.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

16 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Ученые сравнили состояние мозга женщин, имеющих детей, и тех, у кого их никогда не было. Выводы оказались более чем интересны.

[miniorange_social_login]

Комментарии

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