12.04.2018
Редакция Naked Science

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.
Вчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Позавчера, 05:45
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

Позавчера, 19:51
Мария Азарова

Американские ученые вышли за рамки черт личности классической «Большой пятерки» и рассмотрели их в контексте прогнозирования финансовой успешности.

Позавчера, 05:45
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

29 ноября
Мария Азарова

Ученые из США представили альтернативный молекулярный механизм образования меланоцитарного невуса, который согласуется как с экспериментальными, так и с клиническими наблюдениями.

30 ноября
Мария Осетрова

Спроектированные искусственным интеллектом и собранные вручную ксеноботы — живые машины из эмбриональных клеток лягушки — теперь могут спонтанно воспроизводить самих себя.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

18 ноября
Ольга Иванова

Группа исследователей из Китая и США выявила дополнительный фактор, который мог способствовать самому крупному вымиранию на планете.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: