Благодаря космическому телескопу «Хаббл» мы все имеем яркое изображение Крабовидной туманности, красующееся перед нашим мысленным взором. Это остаток взрыва сверхновой, зафиксированного китайскими астрономами в 1056 году. Однако Крабовидная туманность — это больше, чем просто туманность; это тоже пульсар.
Крабовидный пульсар пульсирует по необычной схеме «зебры», и астрофизик из Канзасского университета думает, что понял, почему.
Когда массивные звезды взрываются как сверхновые, они оставляют после себя остатки: либо черную дыру звездной массы, либо нейтронную звезду. SN 1054 оставил последнее позади. Нейтронная звезда сильно намагничена и быстро вращается, испуская лучи электромагнитного излучения со своих полюсов. Когда он вращается, излучение периодически направляется на Землю, что делает ее видимой для нас. В данном случае его называют пульсаром.
Пульсары — сложные объекты. Они чрезвычайно плотны и могут упаковать до трех солнечных масс материала в сферу диаметром всего 30 км. Их магнитные поля в миллионы раз сильнее земных, они могут вращаться сотни раз в секунду, а их огромная гравитация искажает пространство-время. И их ядра, по сути, представляют собой огромные атомные ядра.
Одним из результатов их сложности является их радиоизлучение, и это особенно верно в отношении Крабовидного Пульсара.
Пульсары известны своим основным импульсом (МП), но они также излучают и другие импульсы, которые труднее обнаружить. В 2007 году радиоастрономы Ханкинс и Эйлек обнаружили странную закономерность в высокочастотном радиоизлучении Краба-Пульсара. Это единственный известный пульсар, который создает такие закономерности между основным импульсом пульсара (MP) и его прерывистым импульсом (IP).
«В среднем профиле этой звезды преобладают главный импульс (MP) и интеримпульс (IP)», — пишут Эйлек и Ханкинс в своей статье. Однако есть два дополнительных импульса, называемые HFC1 и HFC2, которые создают узор «зебра».
Объяснить эту необычную закономерность никому не удалось. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, может, наконец, объяснить это. Автор — Михаил Медведев, специализирующийся на теоретической астрофизике в Канзасском университете. Его исследование – «Происхождение спектральных полос в радиоизлучении крабового пульсара».
Медведев говорит, что заполненная плазмой магнитосфера Крабовидного Пульсара действует как дифракционный экран, создавая узор зебры. Этим можно объяснить расстояние между полосами, высокую поляризацию, постоянный угол положения и другие характеристики излучений.
Типичный пульсар излучает радиоизлучение со своих полюсов, как показано на рисунке ниже. Иногда они излучают два сигнала за период вращения: один радиосигнал и один высокочастотный. Они появляются на другой фазе вращения, при этом более высокочастотное излучение создается за пределами светового цилиндра, области, где линейная скорость приближается к скорости света.
Но Краб-Пульсар — другое дело.
«Пульсар в Крабе, напротив, очень особенный. Его основной радиоимпульс и интеримпульс совпадают по фазе с высокоэнергетическим излучением, что указывает на одну и ту же область излучения», — поясняет Медведев.
Медведев поясняет, что высокочастотный интеримпульс (ВЧИП), создаваемый эффектом дифракции, создает узор зебры. «Спектральная картина высокочастотного интеримпульса (HFIP), наблюдаемая примерно между
?~5 и ?~30 ГГц заметно различаются и представляют собой последовательность полос излучения, напоминающую
Узор «зебра», — пишет он.
Модель, предложенная Медведевым, имеет дополнительное преимущество. Он говорит, что его можно использовать для томографии пульсаров, чтобы раскрыть более подробную информацию об их мощных магнитосферах.
«Модель позволяет выполнить «томографию» магнитосферы пульсара», — пишет он.
«Мы предсказываем, что эти свойства HFIP также можно наблюдать у других пульсаров, если их радиоизлучение и высокоэнергетическое излучение находятся в фазе. Это произойдет, если радиоизлучение будет производиться во внешней магнитосфере, а не «обычном» излучении из полярной области», — поясняет Медведев.
Медведев говорит, что его модель может также объяснить присутствие HFC1 и HFC2 в спектре выбросов Crab Pulsar. Они также являются артефактами предложенной им дифракционной модели. «Мы предполагаем, что эти высокочастотные компоненты являются отражениями от магнитосферы того же источника, создающего дифрагированный HFIP», — объясняет он.
«В заключение мы предлагаем модель, объясняющую своеобразную спектральную полосовую структуру (зебру) высокочастотного интеримпульса радиоизлучения пульсара в Крабе», — пишет Медведев.
