Тривалий час в астрономії панувала думка, що радіосигнали пульсарів народжуються над поверхнею цих нейтронних зір біля їхніх полюсів. Однак нове дослідження вказує на те, що джерело їхнього походження розташоване глибоко під поверхнею.
Екстремальні зорі-маяки Всесвіту
Пульсари — це ультрагусті, швидко обертові та сильно намагнічені залишки мертвих зір. Вони діють як космічні маяки, випромінюючи регулярні імпульси радіохвиль, а іноді й гамма-променів у вигляді променів, що ковзають небесною сферою. Особливий клас — мілісекундні пульсари — обертається сотні разів на секунду і є одними з найточніших годинників у Всесвіті. Десятиліттями астрономи вважали, що радіосигнали пульсарів виникають лише поблизу поверхні зорі, біля її магнітних полюсів.
Нове дослідження ставить під сумнів цю давню ідею. Команда німецьких та австралійських астрономів знайшла докази того, що деякі з найшвидше обертових світил у Всесвіті випромінюють радіохвилі з далекої відстані, де, на думку науковців, це було б неможливо.
Несподіване відкриття
Майкл Крамер з Інституту радіоастрономії Макса Планка (MPIfR) у Німеччині та Саймон Джонстон із національної наукової агенції Австралії CSIRO проаналізували радіоспостереження майже 200 мілісекундних пульсарів і порівняли їх з даними гамма-променів. Двоє дослідників виявили щось несподіване в цьому великому наборі даних: приблизно третина мілісекундних пульсарів показує радіосигнали, що надходять з двох або більше абсолютно окремих зон із проміжками без випромінювання. У порівнянні, така поведінка зустрічається лише приблизно у 3 % повільно обертових пульсарів.
Цікаво, що багато з цих ізольованих радіосплесків точно збігаються зі спалахами гамма-променів, виявленими супутником NASA Fermi; це свідчить про те, що обидва типи сигналів утворюються в одній і тій самій екстремальній області космосу.
«Струмовий лист» заряджених частинок
Щоб пояснити ці закономірності, автори припускають, що мілісекундні пульсари випромінюють радіохвилі у двох дуже різних ділянках: одна розташована поблизу магнітних полюсів зорі, як і вважалося традиційно, а інша — у закрученому «струмовому листі» трохи за межами так званого світлового циліндра. Світловий циліндр, розташований далеко від магнітних полюсів, позначає межу, де магнітні поля мають рухатися майже зі швидкістю світла, аби встигати за обертанням зорі. Залежно від того, під яким кутом ми спостерігаємо пульсар, можна зафіксувати радіовипромінювання або з області поблизу поверхні, або з віддаленішої ділянки, або ж з обох регіонів одночасно.
Це призводить до незвичайних, розірваних радіопрофілів, які дивували астрономів протягом багатьох років. Вважається, що «струмовий лист» заряджених частинок вже відповідає за гамма-випромінювання. Вирівнювання радіохвиль і гамма-променів можна пояснити через це спільне місце походження.
Значення та перспективи дослідження
Це відкриття має кілька важливих наслідків. По-перше, пульсарів може виявитися більше, ніж вважалося раніше, адже їхнє радіовипромінювання може не обмежуватися вузьким конусом поблизу магнітних полюсів, а поширюватися в значно ширшому діапазоні напрямків. По-друге, воно допомагає пояснити, чому астрономам часто так складно інтерпретувати поляризацію, тобто орієнтацію, радіохвиль від мілісекундних пульсарів.
Щобільше, це свідчить про те, що майже всі гамма-променеві мілісекундні пульсари також випромінюють радіохвилі, навіть якщо ці сигнали можуть бути слабкими або складними для виявлення. Це ставить нові виклики перед теорією: вченим тепер потрібно пояснити, як стабільні радіоімпульси можуть генеруватися так далеко від зорі, в екстремальному та турбулентному середовищі.
«Мілісекундні пульсари є ключовими інструментами для вивчення гравітації, щільної матерії та навіть гравітаційних хвиль. Тому розуміння того, звідки походять їхні сигнали й чому вони мають саме такий вигляд, є вкрай важливим, якщо ми хочемо використовувати їх як високоточні інструменти», — пояснює Крамер.
За матеріалами phys.org
