Прояснён механизм апериодического излучения нейтронных звёзд

Сотрудники Физического института им. П. Н. Лебедева РАН представили теоретическую схему, которая объясняет появление радиоизлучения двух типов нейтронных звёзд, нестационарно «работающих» радиопульсаров и вращающихся радиотранзиентов, и хорошо согласуется с данными наблюдений.

Специалисты Физического института им. П. Н. Лебедева РАН Яков Истомин и Денис Собьянин представили теоретическую схему, которая объясняет появление радиоизлучения двух типов нейтронных звёзд, нестационарно «работающих» радиопульсаров и вращающихся радиотранзиентов.

Стоит напомнить, что масса типичной нейтронной звезды несколько превышает массу Солнца, а её радиус составляет лишь около 10 км. Этот астрофизический объект можно представить себе в виде компактного сверхмассивного магнитного гироскопа, ось вращения которого чуть отходит от оси магнита. Звезда работает как гигантская динамо-машина: из-за вращения магнитного поля возникает сильнейшее электрическое поле, разгоняющее заряженные частицы до субсветовых скоростей. Частицы ускоряются лишь в небольшой полярной области вблизи магнитной оси и формируют пульсирующее радиоизлучение.

Наиболее интересными источниками, обнаруженными в последнее время в радиодиапазоне, считаются вращающиеся радиотранзиенты, которые резко отличаются от привычных радиопульсаров и дают отдельные вспышки шириной от единиц миллисекунд до десятков миллисекунд. Промежуток между вспышками может измеряться минутами или даже часами. Хотя всплески происходят спорадически, интервал между двумя последовательными событиями кратен некоторому периоду.

Нейтронная звезда (иллюстрация Darlene McElroy, LANL).
Нейтронная звезда (иллюстрация Darlene McElroy, LANL).

Механизм действия радиопульсаров более или менее ясен. Радиоизлучение рождается в их магнитосферах ультрарелятивистской плазмой, текущей вдоль магнитных силовых линий. Основным фактором, обеспечивающим постоянную «подпитку» плазменного потока, становится то, что в сильном магнитном поле возможно поглощение гамма-квантов и однофотонное рождение электрон-позитронных пар. Упомянутое выше мощное электрическое поле делает процесс образования пар каскадным: вновь рождённые частицы ускоряются и рождают фотоны, которые, в свою очередь, рождают новые пары. Происходит умножение плазмы, плотность её становится очень высокой, а сама плазма начинает генерировать радиоизлучение.

«У обычного радиопульсара импульс наблюдается каждый период, — поясняет Денис Собьянин. — Отсюда мы можем сделать вывод о том, что плазма генерируется постоянно. Когда же мы рассматриваем вращающийся радиотранзиент, то видим отдельную вспышку, после которой — молчание. Это говорит о том, что генерация плазмы прекращается. Всё дело здесь в структуре магнитосферы: в ней есть разомкнутые силовые линии, которые исходят из маленького пятна в полярной области и уходят в бесконечность, и есть линии замкнутые. Плазма в сильном магнитном поле движется в основном вдоль магнитных силовых линий, и если она рождается в замкнутых областях, то магнитосферу звезды не покидает. Но плазма, образованная в полярной области, может истечь из магнитосферы. При этом формируется узкий, расширяющийся вовне конус, который и определяет направленность очередной вспышки радиоизлучения».

«Если на секунду вообразить, — продолжает учёный, — что рождающаяся электрон-позитронная плазма обладает оптическим излучением, подобным видимому излучению обычных молний на Земле, то мы, находясь на поверхности нейтронной звезды, увидели бы напоминающую молнию огненную линию. Но это лишь аналогия, хотя и весьма впечатляющая. Каскад, приводящий к формированию «молнии», распространяется вдоль силовых линий практически со скоростью света. Радиус такой «молнии» составляет около ста метров, а токи (при достижении «молнией» поверхности нейтронной звезды) — колоссальные, примерно 1013–1014 А. Мы знаем размер магнитосферы (он определяется периодом пульсара) — а значит, знаем и расстояние, которое плазма должна преодолеть, чтобы покинуть магнитосферу. Это даёт минимальный период между вспышками радиоизлучения».

Важно отметить, что наличие мощных вспышек радиоизлучения у вращающихся радиотранзиентов связано с совершенно иными условиями формирования каскада. У стационарного пульсара сильное электрическое поле есть только вблизи поверхности — в области силовых линий радиусом и высотой в 100 м, так называемом полярном зазоре. Именно здесь, у поверхности, и генерируется плазма. У радиотранзиента же сильное электрическое поле существует во всей «молнии», то есть на высотах в тысячи километров.

«Здесь могут непосредственно проявляться эффекты радиационного трения — влияния электромагнитного поля, излучаемого частицей, на саму частицу, — добавляет Денис Собьянин. — Частицы начинают сильно излучать, и работа существующего электрического поля переходит в энергию излучения частиц. Иными словами, частицы становятся посредниками между энергией, заключённой в электрическом поле, и энергией гамма-излучения, которое в дальнейшем и обеспечивает развитие каскада. Все наши построения и расчёты полностью согласуются с современными наблюдательными данными».

Подготовлено по материалам ФИАН-информ.

7 Сентября 2011, 3:29    Den    3532    0

Нет комментариев.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.