Известно, что экстремальные пульсары испускают гораздо больше излучения
Из светящейся паутины, расширяющейся в результате грандиозного взрыва, мертвая звезда посылает импульсы радиоизлучения на Землю. Это пульсар-краб, и его радиоимпульсы содержат странный сигнал, который озадачивал астрономов на протяжении многих лет.
Ничто в космосе не испускает подобное излучение, и астрономы пытаются объяснить аномалию с тех пор, как она была впервые замечена почти 20 лет назад. По словам астрофизика Михаила Медведева, интерференционная картина вызвана дифракцией света на плазмах различной плотности внутри магнитосферы пульсара.
«В геометрической оптике тени, отбрасываемые препятствиями, простираются до бесконечности — если вы находитесь в тени, света нет; вне ее вы видите свет. Однако волновая оптика демонстрирует иное поведение: волны огибают препятствия и интерферируют друг с другом, создавая чередующиеся яркие и тусклые полосы за счет конструктивной и деструктивной интерференции», — отмечает эксперт.
Для уточнения: пульсар Крабовидной туманности — это остаток сверхновой, взорвавшейся в небе Земли в 1054 году нашей эры и находящейся на расстоянии около 6200 световых лет от Земли. Это была эффектная смерть массивной звезды, которая в результате мощного взрыва сбросила свои внешние слои. Ядро звезды, больше не поддерживаемое давлением ядерного синтеза, коллапсировало под действием гравитации, образовав нейтронную звезду.
Эти сверхплотные объекты крошечные: самые тяжелые из них весят в 2,3 раза больше Солнца и имеют диаметр всего 20 километров. Пульсар — это тип нейтронной звезды, которая испускает потоки радиоволн со своих полюсов. Поскольку звезда быстро вращается, эти струи напоминают лучи маяка, проходящие мимо Земли, создавая видимость пульсации.
Астрономы изучают этот пульсар с момента его открытия в 1960-х годах, когда он был найден в центре пузыря расширяющихся обломков, что сделало его первой звездой, уверенно связанной со взрывом сверхновой. Несмотря на более чем полувековое изучение, загадки остаются: загадочный узор, похожий на зебру, был замечен только в 2007 году и стал настоящей головоломкой.
«Он очень яркий почти во всех диапазонах длин волн», — отмечает Медведев. «Это единственный известный нам объект, который производит зебровый узор, и он виден только в одном компоненте излучения пульсара в Крабовидной галактике. Основной импульс широкополосный, как у большинства пульсаров, с другими широкополосными компонентами, типичными для нейтронных звезд. Однако высокочастотный промежуточный импульс уникален: его частота колеблется от 5 до 30 гигагерц, что соответствует диапазону микроволновых частот».
Многолетние наблюдения за пульсаром собрали огромное количество данных. Медведев использовал эти данные, чтобы предположить, что зебровый узор — это дифракционная полоса. Он разработал модель на основе волновой оптики для расчета плотности плазмы пульсара.
Модель точно воспроизвела наблюдаемые результаты и дала четкое объяснение странному поведению пульсара. Медведев обнаружил, что при излучении радиоволн взаимодействие плазмы и магнитного поля создает дифракционную интерференционную картину, похожую на полосы зебры.
«Обычная дифракционная картина давала бы равномерно расположенные полосы, если бы экран был просто нейтронной звездой», — объясняет астрофизик.
Отмечается, что эта модель может стать новым инструментом для измерения плотности плазмы внутри магнитосфер пульсара и в других экстремальных условиях, где можно наблюдать дифракционные картины. Хотя на небе нет ничего похожего на пульсар Крабовидной туманности, для этой модели есть и другие места и приложения.
«Известные двойные пульсары, используемые для проверки общей теории относительности Эйнштейна, также можно изучать с помощью предлагаемого метода. Это исследование может действительно расширить наше понимание и методы наблюдения пульсаров, особенно молодых и энергичных», — заключает Медведев.