Странный сигнал, посланный на Землю от мертвой звезды, наконец-то может быть объяснен
Изнутри светящейся паутины, расширяющейся в результате эпического взрыва, мертвая звезда излучает на Землю импульсы радиосвета.
Это Крабовидный Пульсар, и внутри его радиоимпульсов находится странный сигнал, который уже много лет озадачивает астрономов. Названный узором зебры, на графике он выглядит как странное расстояние между полосами длин волн, напоминающее колючие зигзагообразные полосы зебры.
Ничто другое в космосе не имеет подобного излучения, и астрономы искали объяснение с тех пор, как эту закономерность впервые наблюдали почти два десятилетия назад.
Теперь астрофизик-теоретик думает, что, возможно, он разгадал загадку.
Это, говорит Михаил Медведев из Университета Канзаса, интерференционная картина, возникающая в результате дифракции света на плазме различной плотности внутри пульсара. магнитосфера.
«Если у вас есть экран и мимо проходит электромагнитная волна, волна не распространяется прямо насквозь», — объясняет Медведев.
«В геометрической оптике тени, отбрасываемые препятствиями, простираются бесконечно — если вы в тени нет света; вне ее вы видите свет. Но волновая оптика демонстрирует другое поведение — волны огибают препятствия и интерферируют друг с другом, создавая последовательность ярких и тусклых полос из-за конструктивной и деструктивной интерференции».
Крабовидный Пульсар — это беспокойный остаток сверхновой около 6200 г. на расстоянии световых лет, которое расцвело на небе Земли в 1054 году нашей эры. Это была впечатляющая смерть массивной звезды, выбросившей свое внешнее вещество при сильном чихании. Ядро в центре звезды, больше не поддерживаемое внешним давлением термоядерного синтеза, сжалось под действием силы тяжести, образовав нейтронную звезду.
Пульсар-краб имеет период вращения около 33 миллисекунд, что означает, что он пульсирует примерно 30 раз в секунду.
Астрономы изучают этот пульсар с момента его открытия. в 1960-х годах в центре пузыря расширяющихся обломков, что сделало ее первой звездой, которая была уверенно связана со вспышкой сверхновой. Он все еще хранит свои загадки вот уже более полувека: загадочный узор зебры был обнаружен только в 2007 году, и это была загадка.
«Он очень яркий, практически во всех диапазонах волн», — говорит Медведев. «Это единственный известный нам объект, который создает узор «зебра», и он появляется только в одном компоненте излучения Крабовидного пульсара. Основной импульс представляет собой широкополосный импульс, типичный для большинства пульсаров, с другими широкополосными компонентами, общими для нейтронных звезд. Однако высокочастотный интеримпульс уникален и находится в диапазоне от 5 до 30 гигагерц – частоты, аналогичные частотам в микроволновой печи.»
Поскольку мы так долго и внимательно наблюдали за пульсаром, доступно множество данных наблюдений. Медведев взял эти данные и, исходя из предположения, что зебра представляет собой дифракционную полосу, разработал модель на основе волновой оптики для расчета плотности плазмы пульсара.
Модель точно воспроизвела наблюдения, давая ловкое объяснение странному поведению пульсара. Медведев обнаружил, что когда радиоволны исходят от пульсара, взаимодействия между плазмой и магнитным полем создают дифракционную интерференционную картину, которая выглядит как зигзагообразные полосы зебры.
Крабовидная туманность, в которой находится Крабовидный Пульсар, снимок JWST. (NASA, ESA, CSA, STScI, Т. Темим/Принстонский университет)«Типичная дифракционная картина давала бы равномерно расположенные полосы, если бы у нас была просто нейтронная звезда в качестве щита», Медведев говорит.
«Но здесь магнитное поле нейтронной звезды генерирует заряженные частицы Составляя плотную плазму, которая меняется в зависимости от расстояния от звезды. Когда радиоволна распространяется через плазму, она проходит через разбавленные области, но отражается от плотной плазмы. Это отражение зависит от частоты: низкие частоты отражаются на больших радиусах, отбрасывая большее. тень, а высокие частоты создают меньшие тени, что приводит к разному расстоянию между полосами.»
Модель может представлять собой новый инструмент для измерения плотности плазмы внутри магнитосфер пульсаров и других экстремальных сред, где можно обнаружить дифракционные картины. Хотя в небе нет ничего похожего на Краб-Пульсар, есть и другие места и способы применения этой модели.
«Краб-Пульсар в некоторой степени уникален: он относительно молод по астрономическим меркам, всего около тысячи лет, и очень энергичен», — говорит Медведев.
«Но он не одинок: мы знаем сотни пульсаров, из них более дюжины также являются молодыми. Известные двойные пульсары, которые использовались для проверки общей теории относительности Эйнштейна, также может быть изучено с помощью предлагаемого метода. Это исследование действительно может расширить наше понимание и методы наблюдения за пульсарами, особенно молодыми и энергичными».
Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
