Forskare har föreslagit en teori som förklarar bildandet av radioutsläpp av pulsars genom gravitationella övergångar av elektroner.
En grupp ryska astrofysiker från National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics (St. Petersburg) har utvecklat en teori som förklarar strålningsmekanismen för pulsars i radioområdet.
Pulsars kallas kosmiska källor för periodisk förändrad strålning (den har en "puls"). Det kan vara inom optiska, röntgen-, radio- och gammaområden. Astronomer tror att pulsars är neutronstjärnor med ett starkt magnetfält som lutas med avseende på rotationsaxeln, så att strålningen pulserar. Detta är en allmän beskrivning, den exakta mekanismen för radioutsläpp har ännu inte fastställts.
En artikel publicerad i The Astrophysical Journal av en forskargrupp under ledning av N. Teplyakov erbjuder en förklaring som stämmer väl med de observerade funktionerna i strålning i radioområdet. Radioutsläpp från pulsars har en egenhet: den sker alltid med samma frekvens (koherent).
Det finns flera hypoteser för att förklara strålningsmekanismen, men modellen utvecklade av St. Petersburg-forskare har större noggrannhet och tydlig fysisk betydelse. Det antas att radiovågor avges under övergången av elektroner mellan energinivåer, som bildas när det elektriska dubbla lagret samverkar med gravitationsattraktionen.
Ett dubbelt lager av laddade partiklar visas på den övre "ytan" - eller "atmosfären" - på pulsaren, som består av plasma. Tyngdfältet hos en neutronstjärna är så starkt att laddade partiklar fördelas i massa relativt ytan: tunga joner dras till starkare och lätta elektroner "flyter" ut. Som ett resultat bildas en separering inte bara genom massa utan också av partiklarnas laddning: ett dubbelt elektriskt lager bildas. Två krafter verkar på elektronerna: å ena sidan avvisas de från det negativt laddade lagret, å andra sidan finns det en kraftfull gravitationsattraktion, så att de inte kan flyga ut i rymden.
Strävar efter ett tillstånd med ett minimum av potentiell energi faller elektroner i en potentiell brunn, där vissa bundna energitillstånd bildas. Avståndet mellan energinivåerna beror på tyngdkraften och i genomsnitt för pulsars är 1,7 × 10−6 elektronvolt, vilket motsvarar radioutsläpp i 400 megahertz-regionen.
Strålningens koherens förklaras exakt av övergångarna mellan nivåer: avståndet mellan dem är konstant.
Kampanjvideo:
Strålningens riktning förklaras också. Pulsars magnetfält är mycket kraftfullt och påverkar elektroner starkare än gravitationella. Och den beskrivna mekanismen fungerar endast nära polerna, där magnetfältet är enhetligt och riktat vinkelrätt mot ytan, liksom det magnetiska. Det är också nödvändigt att ta hänsyn till Landau-nivåerna som en laddad partikel kan uppta när den rör sig över magnetfältet. Stjärnets elektriska fält bör riktas parallellt med ytan för att undvika lokala störningar i energinivåer.
Riktning av elektrisk dipolstrålning (ED-strålning) och magnetisk dipolstrålning (MD-strålning) till en pulsar; till höger visas energinivåer och övergångar mellan dem, vilket orsakar olika typer av strålning / N. Teplyakov et al., The Astrophysical Journal.
Som ett resultat leder övergångar mellan angränsande gravitationsnivåer inom samma Landau-nivå till elektrisk dipolstrålning fördelad vinkelrätt mot magnetfältets riktning, parallellt med neutronstjärnans yta. Denna strålning är linjärt polariserad och har ett fläktformat vinkelspektrum.
Den andra möjliga typen av övergång är mellan gravitationsnivåer och magnetiska nivåer samtidigt. I detta fall visas magnetisk dipolstrålning längs stjärnans axel, som har en elliptisk polarisation. Detta alternativ är möjligt för pulsars med ett relativt svagt magnetfält, mindre än 1011 Gauss, eftersom dess implementering kräver en betydande fyllning av Landau-nivåerna.
Teorin kan hjälpa till att förklara situationer som inte är standard för radiopulsars.
Anton Bugaychuk
