Долгое время в астрономии господствовало мнение, что радиосигналы пульсаров возникают над поверхностью этих нейтронных звезд вблизи их полюсов. Однако новое исследование указывает на то, что источник их происхождения находится глубоко под поверхностью.
Экстремальные звезды-маяки Вселенной
Пульсары — это сверхплотные, быстро вращающиеся и сильно намагниченные остатки мертвых звезд. Они действуют как космические маяки, излучая регулярные импульсы радиоволн, а иногда и гамма-лучей в виде лучей, скользящих по небесной сфере. Особый класс — миллисекундные пульсары — вращаются сотни раз в секунду и являются одними из самых точных часов во Вселенной. Десятилетиями астрономы считали, что радиосигналы пульсаров возникают только вблизи поверхности звезды, у ее магнитных полюсов.
Новое исследование ставит под сомнение эту давнюю идею. Команда немецких и австралийских астрономов обнаружила доказательства того, что некоторые из самых быстро вращающихся небесных тел во Вселенной излучают радиоволны с огромного расстояния, где, по мнению ученых, это было бы невозможно.
Неожиданное открытие
Майкл Крамер из Института радиоастрономии имени Макса Планка (MPIfR) в Германии и Саймон Джонстон из Национального научного агентства Австралии CSIRO проанализировали радионаблюдения почти 200 миллисекундных пульсаров и сопоставили их с данными гамма-излучения. Двое исследователей обнаружили нечто неожиданное в этом обширном наборе данных: примерно треть миллисекундных пульсаров демонстрирует радиосигналы, поступающие из двух или более совершенно отдельных зон с промежутками без излучения. Для сравнения, такое поведение встречается лишь примерно у 3 % медленно вращающихся пульсаров.
Интересно, что многие из этих изолированных радиовсплесков точно совпадают со вспышками гамма-излучения, обнаруженными спутником NASA Fermi; это свидетельствует о том, что оба типа сигналов возникают в одной и той же экстремальной области космоса.
«Струйный лист» заряженных частиц
Чтобы объяснить эти закономерности, авторы предполагают, что миллисекундные пульсары излучают радиоволны в двух совершенно разных областях: одна расположена вблизи магнитных полюсов звезды, как и считалось традиционно, а другая — в закрученном «токовом листе» чуть за пределами так называемого светового цилиндра. Световой цилиндр, расположенный вдали от магнитных полюсов, обозначает границу, где магнитные поля должны двигаться почти со скоростью света, чтобы успевать за вращением звезды. В зависимости от того, под каким углом мы наблюдаем пульсар, можно зафиксировать радиоизлучение либо из области вблизи поверхности, либо из более удаленного участка, либо же из обеих областей одновременно.
Это приводит к необычным, прерывистым радиопрофилям, которые удивляли астрономов на протяжении многих лет. Считается, что «струйный лист» заряженных частиц уже отвечает за гамма-излучение. Совпадение радиоволн и гамма-лучей можно объяснить этим общим источником происхождения.
Значение и перспективы исследования
Это открытие имеет несколько важных последствий. Во-первых, пульсаров может оказаться больше, чем считалось ранее, ведь их радиоизлучение может не ограничиваться узким конусом вблизи магнитных полюсов, а распространяться в гораздо более широком диапазоне направлений. Во-вторых, оно помогает объяснить, почему астрономам часто так сложно интерпретировать поляризацию, то есть ориентацию, радиоволн от миллисекундных пульсаров.
Более того, это свидетельствует о том, что почти все гамма-излучающие миллисекундные пульсары также излучают радиоволны, даже если эти сигналы могут быть слабыми или сложными для обнаружения. Это ставит новые задачи перед теорией: ученым теперь нужно объяснить, как стабильные радиоимпульсы могут генерироваться так далеко от звезды, в экстремальной и турбулентной среде.
«Миллисекундные пульсары являются ключевыми инструментами для изучения гравитации, плотной материи и даже гравитационных волн. Поэтому понимание того, откуда берутся их сигналы и почему они имеют именно такой вид, чрезвычайно важно, если мы хотим использовать их в качестве высокоточных инструментов», — объясняет Крамер.
По материалам phys.org
